CN108597909A - 超级电容器用三维石墨烯/氧化铁复合电极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超级电容器用三维石墨烯/氧化铁复合电极材料及其制备方法。制备方法包括以下步骤：S101：将氧化石墨烯水溶胶超声分散，之后加入抗坏血酸并混合均匀；S102：将混合溶液进行水热处理，之后将三维石墨烯块体清洗后切片，得到三维石墨烯片；S103：在石墨烯片中加水，调节pH值后冷却；S104：在S103得到的溶液中加入高铁酸钾，过滤并收集固相，得到三维石墨烯/Fe2O3。本发明通过简单温和的原位化学反应，能够制备得到导电性良好的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料，且具有比电容大、循环稳定性好等优点；此外，该电极材料无需导电剂和粘结剂，即可直接制作成自支撑电极，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种超级电容器用三维石墨烯 /氧化铁复合电极材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的进步和经济的发展，人类对能源的消费需求日趋增大；与此同时，传统的石化资源逐渐枯竭；因此，人类面能源危机的严峻挑战。发展新型的能量储存装置，已成为一条解决二十一世纪能源危机的重要途径。超级电容器作为一种介于传统静电电容器和电池之间的储能装置，具有功率密度大、循环寿命长、维护成本低等优点，其成为新能源领域的未来之星，在汽车、电力、铁路、通讯、国防、移动电子产品等众多领域有着广阔的应用前景，备受业界关注。
电极材料作为超级电容器的核心部件，是决定其性能优劣的关键。目前主要有三大类：碳材料、金属氧化物和导电聚合物。金属氧化物中，Fe2O3因价廉、易得、低毒、环境友好等优点而受到广泛关注。然而，Fe2O3导电性差，直接影响了其作为电极材料的应用前景。基于此，提供一种新型的能够有效用于超级电容器的电极材料具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种超级电容器用三维石墨烯/ 氧化铁复合电极材料及其制备方法。本发明通过简单温和的原位化学反应，能够制备得到导电性良好的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料，且具有比电容大、循环稳定性好等优点；此外，该电极材料无需导电剂和粘结剂，即可直接制作成自支撑电极，因而在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。
为此，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：S101：将石墨烯水溶胶进行超声分散处理，之后加入抗坏血酸并混合均匀；S102：将S101得到的混合溶液进行水热处理，得到三维石墨烯块体；之后将三维石墨烯块体清洗后切片，得到三维石墨烯片；S103：在三维石墨烯片中加入水，之后调节pH值，冷却；S104：在S103得到的溶液中加入高铁酸钾并搅拌均匀，之后过滤并收集固相，得到三维石墨烯/Fe2O3。
优选地，S101中：石墨烯水溶胶优选氧化石墨烯水溶胶，且氧化石墨烯水溶胶的溶度为0.2～2.5mg/mL，优选2mg/mL；超声分散处理的时间为 20～30min；石墨烯水溶胶与抗坏血酸的用量之比为40mL：(0.2～0.4)g，且优选40mL：0.32g。
优选地，S102中：水热处理的温度为80～120℃，时间为1～3h；三维石墨烯片的尺寸为：半径1～2cm，厚度1～2mm。
优选地，S103中：在三维石墨烯片中加入去离子水，之后调节pH值至 9～12，且优选10；采用冰浴进行冷却，并使得体系温度冷却至0～5℃；优选地，采用NaOH水溶液调节pH值，且NaOH水溶液的浓度为0.1～0.5M。
优选地，S104中：高铁酸钾的浓度为1～20mg/mL，搅拌时间为 60min～100min；收集固相之后还包括：将固相用去离子水浸泡数次，之后冷冻干燥。
第二方面，采用本发明方法制备得到的三维石墨烯/Fe2O3。
第三方面，本发明制备得到的三维石墨烯/Fe2O3在超级电容器，尤其是超级电容器工作电极中的应用。
第四方面，本发明提供一种超级电容器，以本发明制备得到的三维石墨烯 /Fe2O3为原料制得工作电极、以铂片电极为对电极，以甘汞电极为参比电极组装成三电极体系。
优选地，工作电极的制备方法包括以下步骤：将三维石墨烯/Fe2O3切片，以丙酮处理过的泡沫镍为集电极，于10Mpa压力下压片，之后进行焊接和环氧树脂包覆处理，然后真空干燥过夜，制备得到无导电剂和粘结剂的超级电容器用工作电极。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)申请人经过大量实验发现：本发明通过简单温和的原位化学反应，能够制备得到导电性良好的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料，且具有比电容大、循环稳定性好等优点；此外，该电极材料无需导电剂和粘结剂，即可直接制作成自支撑电极，因而在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。
(2)本发明提供的技术方案中，氧化石墨烯经抗坏血酸还原后得到具有良好的三维结构的石墨烯，包含大量孔道；该结构具有如下优点：其一、石墨烯三维多孔结构为电化学载流子提供丰富的扩散通道，为电化学动力学制造便利；其二、石墨烯三维多孔结构为Fe2O3提供稳定的结构支撑和附着点，防止其团聚，使其更好地发挥赝电容优势。
(3)本发明提供的技术方案中，通过控制高铁酸钾的用量和/或反应时间，调节三维石墨烯/Fe2O3复合材料中Fe2O3的含量，具有操作简单、可重复性强等优点。
(4)本发明提供的技术方案中，将三维石墨烯/Fe2O3块体直接裁剪，压片制成超级电容器工作电极，无需任何粘结剂和导电剂，简化了电极制作工艺，并提高了电极材料中活性物质的含量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例制备得到的三维石墨烯的扫描电镜图；
图2为本发明实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的扫描电镜图；
图3为本发明实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料与氧化石墨烯的红外光谱对比图；
图4为本发明实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的循环伏安曲线；
图5为本发明实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的充放电曲线；
图6为本发明实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的循环稳定性曲线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
本发明提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：将氧化石墨烯水溶胶进行超声分散处理，之后加入抗坏血酸并混合均匀。其中，氧化石墨烯水溶胶的溶度为0.2～2.5mg/mL；超声分散处理的时间为20～30min；氧化石墨烯水溶胶与抗坏血酸的用量之比为40mL：(0.2～0.4) g。
S102：将S101得到的混合溶液转移至反应釜中，进行水热反应，获得三维石墨烯块体；之后将三维石墨烯块体用去离子水清洗数次后切片，得到三维石墨烯片。其中，水热处理的温度为80～120℃，时间为1～3h；三维石墨烯片的尺寸为：半径1～2cm，厚度1～2mm。
S103：三维石墨烯片放入烧杯中，加入一定量去离子水，之后调节pH值至9～12；将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入一定量的高铁酸钾(K2FeO4) 粉末，加完后继续搅拌；之后过滤并收集固相，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3。其中，高铁酸钾在反应体系中的浓度为1～20mg/mL，搅拌反应时间为60min～100min。
在本发明的进一步实施方式中，S103中，采用NaOH水溶液调节pH值，且NaOH水溶液的浓度为0.1～0.5M。
另外，申请人将本发明制备得到的三维石墨烯/Fe2O3进一步用于超级电容器用工作电极中，具体地：
本发明提供一种超级电容器，以三维石墨烯/Fe2O3为原料制得工作电极、以铂片电极为对电极，以甘汞电极为参比电极组装成三电极体系；其中，超级电容器的电流密度为1～5A/g，电化学循环稳定性测试的循环次数不小于500 次；工作电极的制备方法包括以下步骤：将三维石墨烯/Fe2O3切片，以丙酮处理过的泡沫镍为集电极，于高压下压片，之后进行焊接和环氧树脂包覆处理，然后真空干燥过夜，制备得到无导电剂和粘结剂的超级电容器用工作电极。
下面结合具体实施方式进行说明。
实施例一
本实施例提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：准确量取40mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声 20～30min，使其均匀。准确称取0.32g抗坏血酸，溶解于氧化石墨烯水溶胶中，获得均匀混合溶液。
S102：将S101得到的混合溶液转移至100mL反应釜中，80℃反应2h，获得三维石墨烯块体；将块体产物用去离子水清洗3～5次后切片，获得若干半径为1cm，厚度为2mm的三维石墨烯片。
S103：将全部三维石墨烯片放入烧杯中，加入500mL去离子水，用0.1M 的NaOH溶液将pH调至10，将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入5g高铁酸钾(K2FeO4)粉末，加完，继续搅拌80min；最后，将反应液过滤，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料。
其中，图1为本实施例所制备的三维石墨烯的扫描电镜图，可以看出：氧化石墨烯经抗坏血酸还原所得石墨烯具有良好的三维结构，包含大量孔道；图 2为本实施例所制备的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的扫描电镜图；图3为本实施例所制备的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料与氧化石墨烯的红外光谱对比图；图4为本实施例所制备的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的循环伏安曲线。
实施例二
将实施例一中加完高铁酸钾之后的搅拌时间改为40min，其余与实施例一相同；具体地，本实施例提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：准确量取40mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声 20～30min，使其均匀。准确称取0.32g抗坏血酸，溶解于氧化石墨烯水溶胶中，获得均匀混合溶液。
S102：将S101得到的混合溶液转移至100mL反应釜中，80℃反应2h，获得三维石墨烯块体；将块体产物用去离子水清洗3～5次后切片，获得若干半径为1cm，厚度为2mm的三维石墨烯片。
S103：将全部三维石墨烯片放入烧杯中，加入500mL去离子水，用0.1M 的NaOH溶液将pH调至10，将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入5g高铁酸钾(K2FeO4)粉末，加完，继续搅拌40min；最后，将反应液过滤，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料。
实施例三
将实施例一中加完高铁酸钾之后的搅拌时间改为120min，其余与实施例一相同；具体地，本实施例提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：准确量取40mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声 20～30min，使其均匀。准确称取0.32g抗坏血酸，溶解于氧化石墨烯水溶胶中，获得均匀混合溶液。
S102：将S101得到的混合溶液转移至100mL反应釜中，80℃反应2h，获得三维石墨烯块体；将块体产物用去离子水清洗3～5次后切片，获得若干半径为1cm，厚度为2mm的三维石墨烯片。
S103：将全部三维石墨烯片放入烧杯中，加入500mL去离子水，用0.1M 的NaOH溶液将pH调至10，将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入5g高铁酸钾(K2FeO4)粉末，加完，继续搅拌120min；最后，将反应液过滤，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料。
实施例四
将实施例一中高铁酸钾用量改为0.5g，其余与实施例一相同；具体地，本实施例提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：准确量取40mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声 20～30min，使其均匀。准确称取0.32g抗坏血酸，溶解于氧化石墨烯水溶胶中，获得均匀混合溶液。
S102：将S101得到的混合溶液转移至100mL反应釜中，80℃反应2h，获得三维石墨烯块体；将块体产物用去离子水清洗3～5次后切片，获得若干半径为1cm，厚度为2mm的三维石墨烯片。
S103：将全部三维石墨烯片放入烧杯中，加入500mL去离子水，用0.1M 的NaOH溶液将pH调至10，将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入0.5g高铁酸钾(K2FeO4)粉末，加完，继续搅拌80min；最后，将反应液过滤，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料。
实施例五
将实施例一中高铁酸钾用量改为2.5g，其余与实施例一相同；具体地，本实施例提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：准确量取40mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声 20～30min，使其均匀。准确称取0.32g抗坏血酸，溶解于氧化石墨烯水溶胶中，获得均匀混合溶液。
S102：将S101得到的混合溶液转移至100mL反应釜中，80℃反应2h，获得三维石墨烯块体；将块体产物用去离子水清洗3～5次后切片，获得若干半径为1cm，厚度为2mm的三维石墨烯片。
S103：将全部三维石墨烯片放入烧杯中，加入500mL去离子水，用0.1M 的NaOH溶液将pH调至10，将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入2.5g高铁酸钾(K2FeO4)粉末，加完，继续搅拌80min；最后，将反应液过滤，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料。
实施例六
将实施例一中高铁酸钾用量改为10g，其余与实施例一相同；具体地，本实施例提供一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：准确量取40mL浓度为2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶，超声 20～30min，使其均匀。准确称取0.32g抗坏血酸，溶解于氧化石墨烯水溶胶中，获得均匀混合溶液。
S102：将S101得到的混合溶液转移至100mL反应釜中，80℃反应2h，获得三维石墨烯块体；将块体产物用去离子水清洗3～5次后切片，获得若干半径为1cm，厚度为2mm的三维石墨烯片。
S103：将全部三维石墨烯片放入烧杯中，加入500mL去离子水，用0.1M 的NaOH溶液将pH调至10，将烧杯放到冰浴中，使体系温度达到0～5℃。
S104：边搅拌，边往S103得到的体系中加入10g高铁酸钾(K2FeO4)粉末，加完，继续搅拌80min；最后，将反应液过滤，将固体产物用去离子水浸泡数次，冷冻干燥，获得三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料。
另外，为了进一步凸显本发明技术方案的优势，将本发明各实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料用作超级电容器的工作电极，用进一步表征超级电容器的电化学性能。
具体地，将各实施例制备得到的三维石墨烯/Fe2O3切片、称重，以丙酮处理过的尺寸为1×1cm2的泡沫镍为集电极，在10Mpa压力下压片，然后进行焊接、环氧树脂包覆，最后经60℃真空干燥过夜，制得无导电剂和粘结剂的超级电容器工作电极；以铂片电极为对电极，以甘汞电极为参比电极组装成三电极体系，分别用CHI660E型电化学工作站对超级电容器进行电化学测试。
以实施例一为测试对象，结果表明：在1M KOH电解液中，1A/g电流密度下，三维石墨烯/Fe2O3复合电极比电容为341.3F/g；且经500次充放电循环，电容保持率为90.2％(如图5和图6)。实施例二至实施例六的测试结果与实施例一类似。
当然，除了实施例一至实施例六列举的情况，制备过程中的其他参数和条件也是可以的。
本发明通过简单温和的原位化学反应，能够制备得到导电性良好的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料，且具有比电容大、循环稳定性好等优点；此外，该电极材料无需导电剂和粘结剂，即可直接制作成自支撑电极，因而在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将石墨烯水溶胶进行超声分散处理，之后加入抗坏血酸并混合均匀；
S102：将S101得到的混合溶液进行水热处理，得到三维石墨烯块体；将所述三维石墨烯块体清洗后切片，得到三维石墨烯片；
S103：在所述三维石墨烯片中加入水，之后调节pH值，冷却；
S104：在S103得到的溶液中加入高铁酸钾并搅拌均匀，之后过滤并收集固相，得到三维石墨烯/Fe2O3。
2.根据权利要求1所述的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，其特征在于：
所述S101中：
所述石墨烯水溶胶选用氧化石墨烯水溶胶，且所述氧化石墨烯水溶胶的溶度为0.2～2.5mg/mL；所述超声分散处理的时间为20～30min；
所述石墨烯水溶胶与所述抗坏血酸的用量之比为40mL：(0.2～0.4)g。
3.根据权利要求1所述的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，其特征在于：
所述S102中：
所述水热处理的温度为80～120℃，时间为1～3h；
所述三维石墨烯片的尺寸为：半径1～2cm，厚度1～2mm。
4.根据权利要求1所述的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，其特征在于：
所述S103中：
在所述三维石墨烯片中加入去离子水，之后调节pH值至9～12；采用冰浴进行冷却，并使得体系温度冷却至0～5℃。
5.根据权利要求4所述的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，其特征在于：
所述S103中：
采用NaOH水溶液调节pH值，且所述NaOH水溶液的浓度优选0.1～0.5M。
6.根据权利要求1所述的三维石墨烯/Fe2O3复合电极材料的制备方法，其特征在于：
所述S104中：
所述高铁酸钾的浓度为1～20mg/mL，搅拌时间为60min～100min；
所述收集固相之后还包括：将所述固相用去离子水浸泡数次，之后冷冻干燥。
7.根据权利要求1～6任一项所述方法制备得到的三维石墨烯/Fe2O3。
8.权利要求7所述的三维石墨烯/Fe2O3在超级电容器，尤其是超级电容器工作电极中的应用。
9.一种超级电容器，其特征在于：
以权利要求7所述的三维石墨烯/Fe2O3为原料制得工作电极、以铂片电极为对电极，以甘汞电极为参比电极组装成三电极体系。
10.根据权利要求9所述的超级电容器，其特征在于：
所述工作电极的制备方法包括以下步骤：将所述三维石墨烯/Fe2O3切片，以丙酮处理过的泡沫镍为集电极，于高压下压片，之后进行焊接和环氧树脂包覆处理，然后真空干燥过夜，制备得到无导电剂和粘结剂的超级电容器用工作电极。
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|---|---|---|---|---|
| CN113903888A (zh) * | 2021-09-02 | 2022-01-07 | 青岛科技大学 | 一种交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜电极及其快速制备方法 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103367720A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-10-23 | 上海交通大学 | 石墨烯与多孔氧化铁复合材料的制备方法 |
| CN104769755A (zh) * | 2012-09-29 | 2015-07-08 | 华东理工大学 | 用于制造金属氧化物-石墨烯复合物的方法和组合物 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN103367720A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-10-23 | 上海交通大学 | 石墨烯与多孔氧化铁复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王伟等: ""三维rGO/MnO2复合材料的合成及其电化学性能"", 《内蒙古科技大学学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113903888A (zh) * | 2021-09-02 | 2022-01-07 | 青岛科技大学 | 一种交联还原氧化石墨烯基柔性自支撑膜电极及其快速制备方法 |
| CN114242468A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-03-25 | 安徽理工大学 | 自支撑三维氧化石墨烯/聚苯胺/碳量子点的电极材料 |
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