一種氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器結(jié)合了電池與傳統(tǒng)電介質(zhì)電容器的優(yōu)勢(shì)，其能量密度和功率密度填補(bǔ)了電池和傳統(tǒng)電介質(zhì)電容器之間的空白。
[0003]超級(jí)電容器按機(jī)理可分為電化學(xué)雙電層電容器和贗電容電容器。其中通過增加電極材料的表面積和減少雙電層的厚度，可以提高電容器的比容量。石墨烯材料化學(xué)穩(wěn)定、比表面積高，但容易團(tuán)聚。相對(duì)于雙電層電容器，贗電容器能夠通過法拉第反應(yīng)，提供更高的電容值。金屬氧化物及其氫氧化物能夠產(chǎn)生很好的贗電容，提供更高的電容容量。鎳、鈷和錳類超級(jí)電容性能優(yōu)異，成為研究重點(diǎn)，各種材料均有優(yōu)缺點(diǎn)，錳氧化物電位窗口大，但循環(huán)穩(wěn)定性較差。鎳類金屬氧化物或其氫氧化物比電容高。氫氧化鎳具有理論比電容高、原材料價(jià)格低廉資源豐富、氧化還原反應(yīng)明確的優(yōu)點(diǎn)，備受人們青睞。但其導(dǎo)電性不高等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。
[0004]隨著柔性、可彎曲電子器件的發(fā)展，開發(fā)具有彎折穩(wěn)定性的柔性電極材料已成為目前儲(chǔ)能領(lǐng)域研究的重要方向。但現(xiàn)有柔性電極材料制備工藝復(fù)雜、成本高，不具備良好的穩(wěn)定性及力學(xué)性能。因此，釆用一個(gè)低成本、有效簡單的制備方法制備既具有高的比電容量又具有良好的力學(xué)性能的柔性電極材料尤其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法制備的導(dǎo)電膜材料比電容量低以及力學(xué)性能差的問題，提供一種氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的制備方法及其應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明一種氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0007]—、將細(xì)菌纖維素浸泡在去離子水中超聲洗滌，然后均勻分散在去離子水中，再轉(zhuǎn)移到勻漿機(jī)中高速攪拌，得到基底用細(xì)菌纖維素漿料；
[0008]二、將氧化石墨烯超聲分散于蒸餾水中，得到氧化石墨烯分散液;將鎳鹽溶于蒸餾水中，然后加入到氧化石墨烯分散液中，超聲分散均勻，再加入氨水，混合均勻后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，加熱，得到氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料；
[0009]三、將基底用細(xì)菌纖維素漿料真空抽濾成膜，然后加入氫氧化鎳石墨烯復(fù)合材料繼續(xù)抽濾成膜，再置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥，制成氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料；
[0010]其中氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料中氫氧化鎳與真空抽濾后細(xì)菌纖維素的質(zhì)量比為(0.1?6): I;步驟二中氧化石墨稀與鎳鹽的比例為lmg: (0.001mmol?0.3mmol);氧化石墨烯與氨水的質(zhì)量體積比為Img: (0.001?0.1mL);其中所述的氨水為25?丨％的氨水。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
[0012](I)細(xì)菌纖維素是通過微生物的發(fā)酵獲得的，資源豐富、環(huán)境友好，其具有超精細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有非常好的力學(xué)性能。大量研究已經(jīng)表明細(xì)菌纖維素與石墨烯等碳材料具有非常好的結(jié)合力。利用其特點(diǎn)，負(fù)載氫氧化鎳石墨烯復(fù)合材料，使材料發(fā)揮了協(xié)同作用，保留了柔性材料的優(yōu)異的力學(xué)性能及高的比電容。同時(shí)細(xì)菌纖維素含有大量的羥基，在水系超級(jí)電容器的應(yīng)用中，具有良好的親水性，減少了阻抗。
[0013]細(xì)菌纖維素資源豐富、成本低廉，氫氧化鎳比電容量高，石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性同時(shí)也提供了良好的雙電層電容。利用材料的協(xié)同作用，制備了高比電容及優(yōu)異力學(xué)性能的柔性電極材料，比電容能達(dá)到932F/g，本發(fā)明應(yīng)用于超級(jí)電容器；
[0014](2)制備工藝簡單，原材料價(jià)格低廉；
[0015](3)直接用做超級(jí)電容器電極具有很好的電容性。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1所獲得的氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的掃描電鏡照片；
[0017]圖2為實(shí)施例1所獲得的以氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線;其中a為10mV/s，b為30mV/s，c為50mV/s，d為10mV/s；
[0018]圖3為實(shí)施例2所獲得的氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的掃描電鏡照片；
[0019 ]圖4為實(shí)施例2所獲得的以氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料制備的工作電極在6M氫氧化鉀電解液中的不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線;其中a為10mV/s，b為30mV/s，c為50mV/s，dSl00mV/s。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0021]一、將細(xì)菌纖維素浸泡在去離子水中超聲洗滌，然后均勻分散在去離子水中，再轉(zhuǎn)移到勻漿機(jī)中高速攪拌，得到基底用細(xì)菌纖維素漿料；
[0022]二、將氧化石墨烯超聲分散于蒸餾水中，得到氧化石墨烯分散液;將鎳鹽溶于蒸餾水中，然后加入到氧化石墨烯分散液中，超聲分散均勻，再加入氨水，混合均勻后轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，加熱，得到氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料；
[0023]三、將基底用細(xì)菌纖維素漿料真空抽濾成膜，然后加入氫氧化鎳石墨烯復(fù)合材料繼續(xù)抽濾成膜，再置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥，制成氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料；
[0024]其中氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料中氫氧化鎳與真空抽濾后細(xì)菌纖維素的質(zhì)量比為(0.1?6): I;步驟二中氧化石墨稀與鎳鹽的比例為lmg: (0.001mmol?0.3mmol);氧化石墨烯與氨水的質(zhì)量體積比為Img: (0.001?0.1mL);其中所述的氨水為25?丨％的氨水。
[0025]本實(shí)施方式的有益效果:
[0026](I)細(xì)菌纖維素資源豐富、成本低廉，氫氧化鎳比電容量高，石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性同時(shí)也提供了良好的雙電層電容。利用材料的協(xié)同作用，制備了高比電容及優(yōu)異力學(xué)性能的柔性電極材料，比電容能達(dá)到932F/g，本實(shí)施方式應(yīng)用于超級(jí)電容器；
[0027](2)制備工藝簡單，原材料價(jià)格低廉；
[0028](3)直接用做超級(jí)電容器電極具有很好的電容性。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的超聲的功率是100w，頻率是30KHz。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一所述的超聲洗滌的條件為超聲時(shí)間I?10h。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0031 ]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一所述的高速攪拌的速度為8000?15000r/min，攪拌時(shí)間3?30min。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二所述的溴鹽為氯化鎳、硫酸鎳或硝酸鎳。。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二所述的反應(yīng)釜為內(nèi)襯四氟高溫高壓反應(yīng)釜。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟二中加熱的溫度為90?200°C，反應(yīng)時(shí)間為2h?15h。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式氫氧化鎳/石墨烯柔性電極材料