一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法技術

一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法，本發明專利技術涉及復合電極材料的制備方法。本發明專利技術要解決現有化學剝離法制備石墨烯容易發生堆疊，無法發揮其巨大比表面積的優勢，同時四氧化三鈷存在循環穩定性差的問題。方法：一、制備預處理后的氧化石墨烯溶液；二、制備三維結構石墨烯/泡沫鎳材料；三、乙酸鈷、六亞甲基四胺及三維結構石墨烯/泡沫鎳材料反應，清洗，即得到四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極。本發明專利技術用于一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法。

Method for preparing four oxide three cobalt / graphene three-dimensional mixed structure flexible electrode

The invention relates to a method for preparing a four oxidation three cobalt / graphene three-dimensional mixed structure flexible electrode, and relates to a preparation method of composite electrode material. The invention solves the problem that the existing chemical stripping method for preparing graphene is easy to pile up and can not exert its large specific surface area, and meanwhile, the four oxidation of three cobalt has the problem of poor cycle stability. Methods: first, the preparation of graphene oxide solution after pretreatment; two, fabrication of three-dimensional structure of graphene / nickel foam materials; three, cobalt acetate, six methylene amine and four dimensional structure of graphene / nickel foam material cleaning, oxidation reaction, four three cobalt / graphene hybrid 3D structure flexible electrode get. The invention relates to a method for preparing a four oxide three cobalt / graphene three-dimensional mixed structure flexible electrode.

【技術實現步驟摘要】
一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法
本專利技術涉及復合電極材料的制備方法。
技術介紹
隨著越來越多的智能手機、平板電腦、便攜式閱讀器等消費電子產品的不斷出現，柔性儲能器件的需求與日俱增。在眾多的柔性儲能器件，超級電容器以其大功率密度、高工作效率、長久使用壽命以及輕污染等特點得到了廣泛的關注。目前，柔性超級電容器電極材料的開發面臨著比電容值較低、能量密度較低的問題。因此，開發出一種高比電容、高能量密度的柔性電極材料是目前研究的焦點。石墨烯是一種新型碳納米材料，具有優異的導電性、出色的機械性能、高的化學穩定性、巨大的比表面積等優點，在儲能器件中獲得廣泛應用。目前，常見的石墨烯的制備方法主要采用化學剝離法制備石墨烯，其主要優點在于成本低、可大批量制備。但是采用化學剝離法制備石墨烯容易發生堆疊，無法發揮其巨大比表面積的優勢，進而使得所制備的石墨烯電極材料的比電容值遠低于其理論值。四氧化三鈷由于其較大的理論比電容值(3560F/g)、環境友好、較好的電化學性能，作為超級電容器電極材料得到了廣泛的關注。但是其充放電過程中，四氧化三鈷容易發生體積的膨脹和收縮，易發生脫落，影響其電化學穩定性，限制其在實際中的應用。
技術實現思路
本專利技術要解決現有化學剝離法制備石墨烯容易發生堆疊，無法發揮其巨大比表面積的優勢，同時四氧化三鈷存在循環穩定性差的問題，而提供一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法。一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法，具體是按照以下步驟進行的：一、在轉速為3000轉/分鐘～5000轉/分鐘的條件下，將氧化石墨烯溶液離心處理2min～10min后，再超聲處理10min～30min，過濾雜質，得到預處理后的氧化石墨烯溶液；所述的氧化石墨烯溶液的濃度為0.1mg/mL～1mg/mL；二、①、在室溫下，將泡沫鎳置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到反應后材料；②、在室溫下，將反應后材料置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥1min～5min；③、重復步驟二②2次～9次，得到氧化石墨烯；④、將氧化石墨烯置于溫度為50℃～200℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到干燥后的氧化石墨烯；⑤、在H2氣氛保護及溫度為200℃～400℃的條件下，將干燥后的氧化石墨烯置于化學氣相沉積爐中，熱還原1h～3h，得到三維結構石墨烯/泡沫鎳材料；三、將乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液混合，并置于不銹鋼反應釜中，然后再將三維結構石墨烯/泡沫鎳材料置于不銹鋼反應釜中，密閉反應釜，將密閉后的反應釜置于溫度為50℃～300℃的烤箱中反應1h～12h，得到泡沫鎳材料，反應結束后，取出泡沫鎳材料，用蒸餾水沖洗3次，即得到四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極；所述的乙酸鈷水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的六亞甲基四胺水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液的體積比為1:1。本專利技術的有益效果是：1、本專利技術制備三維結構石墨烯方法簡單、高效、可控，且三維結構石墨烯復制了泡沫鎳的三維骨架結構，可以有效地避免石墨烯的堆疊問題，同時石墨烯和鎳基底之間結合緊密，有效地避免使用粘結劑導致較高接觸電阻和循環穩定性較差等問題。2、本專利技術采用水熱法合成四氧化三鈷，利用四氧化三鈷的較高的比電容值，將通過在石墨烯上復合納米結構四氧化三鈷活性物質。三維結構的石墨烯作為承載的基底，既可以極大的改善四氧化三鈷較低的電導率，同時可以改善其循環穩定性以滿足實際的需求。石墨烯和四氧化三鈷有著優異的機械性能，可以在多次彎曲拉伸后仍然保持其高的比電容值和能量密度且良好的循環穩定性，這使得所制備的復合電極材料有望在柔性儲能器件領域擁有廣泛的，可以極大地改善石墨烯基電極較低的比電容值和能量密度的缺點，滿足其在實際中的應用。3、本專利技術成本低，方法簡單，效率高，本專利技術制備的四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極在1摩爾/升的KOH電解液中在0.2A/g電流密度下的比電容值高達879F/g，其能量密度可達到40Wh/kg，同時本專利技術提供的可拉伸彎曲柔性電極材料，有望在柔性儲能器件領域擁有廣泛的應用。本專利技術用于一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法。具體實施方式本專利技術技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。具體實施方式一：本實施方式所述的一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法，具體是按照以下步驟進行的：一、在轉速為3000轉/分鐘～5000轉/分鐘的條件下，將氧化石墨烯溶液離心處理2min～10min后，再超聲處理10min～30min，過濾雜質，得到預處理后的氧化石墨烯溶液；所述的氧化石墨烯溶液的濃度為0.1mg/mL～1mg/mL；三、①、在室溫下，將泡沫鎳置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到反應后材料②、在室溫下，將反應后材料置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥1min～5min；③、重復步驟二②2次～9次，得到氧化石墨烯④、將氧化石墨烯置于溫度為50℃～200℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到干燥后的氧化石墨烯；⑤、在H2氣氛保護及溫度為200℃～400℃的條件下，將干燥后的氧化石墨烯置于化學氣相沉積爐中，熱還原1h～3h，得到三維結構石墨烯/泡沫鎳材料；三、將乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液混合，并置于不銹鋼反應釜中，然后再將三維結構石墨烯/泡沫鎳材料置于不銹鋼反應釜中，密閉反應釜，將密閉后的反應釜置于溫度為50℃～300℃的烤箱中反應1h～12h，得到泡沫鎳材料，反應結束后，取出泡沫鎳材料，用蒸餾水沖洗3次，即得到四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極；所述的乙酸鈷水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的六亞甲基四胺水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液的體積比為1:1。具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟二①中所述的泡沫鎳依次用稀鹽酸超聲清洗5min、丙酮超聲清洗5min及去離子水超聲清洗5min。其它與具體實施方式一相同。具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同的是：步驟三中將密閉后的反應釜置于溫度為75℃～210℃的烤箱中反應2h～7h，得到泡沫鎳材料。其它與具體實施方式一或二相同。具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟三中所述的乙酸鈷水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.005摩爾/升；步驟三中所述的六亞甲基四胺水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.005摩爾/升。其它與具體實施方式一至三相同。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法，其特征在于一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法是按照以下步驟進行的：一、在轉速為3000轉/分鐘～5000轉/分鐘的條件下，將氧化石墨烯溶液離心處理2min～10min后，再超聲處理10min～30min，過濾雜質，得到預處理后的氧化石墨烯溶液；所述的氧化石墨烯溶液的濃度為0.1mg/mL～1mg/mL；二、①、在室溫下，將泡沫鎳置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到反應后材料；②、在室溫下，將反應后材料置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥1min～5min；③、重復步驟二②2次～9次，得到氧化石墨烯；④、將氧化石墨烯置于溫度為50℃～200℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到干燥后的氧化石墨烯；⑤、在H2氣氛保護及溫度為200℃～400℃的條件下，將干燥后的氧化石墨烯置于化學氣相沉積爐中，熱還原1h～3h，得到三維結構石墨烯/泡沫鎳材料；三、將乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液混合，并置于不銹鋼反應釜中，然后再將三維結構石墨烯/泡沫鎳材料置于不銹鋼反應釜中，密閉反應釜，將密閉后的反應釜置于溫度為50℃～300℃的烤箱中反應1h～12h，得到泡沫鎳材料，反應結束后，取出泡沫鎳材料，用蒸餾水沖洗3次，即得到四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極；所述的乙酸鈷水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的六亞甲基四胺水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液的體積比為1:1。...

【技術特征摘要】
1.一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法，其特征在于一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極的制備方法是按照以下步驟進行的：一、在轉速為3000轉/分鐘～5000轉/分鐘的條件下，將氧化石墨烯溶液離心處理2min～10min后，再超聲處理10min～30min，過濾雜質，得到預處理后的氧化石墨烯溶液；所述的氧化石墨烯溶液的濃度為0.1mg/mL～1mg/mL；二、①、在室溫下，將泡沫鎳置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到反應后材料；②、在室溫下，將反應后材料置于預處理后的氧化石墨烯溶液中反應1min～5min，然后在溫度為50℃～100℃的真空干燥箱中干燥1min～5min；③、重復步驟二②2次～9次，得到氧化石墨烯；④、將氧化石墨烯置于溫度為50℃～200℃的真空干燥箱中干燥3min～10min，得到干燥后的氧化石墨烯；⑤、在H2氣氛保護及溫度為200℃～400℃的條件下，將干燥后的氧化石墨烯置于化學氣相沉積爐中，熱還原1h～3h，得到三維結構石墨烯/泡沫鎳材料；三、將乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液混合，并置于不銹鋼反應釜中，然后再將三維結構石墨烯/泡沫鎳材料置于不銹鋼反應釜中，密閉反應釜，將密閉后的反應釜置于溫度為50℃～300℃的烤箱中反應1h～12h，得到泡沫鎳材料，反應結束后，取出泡沫鎳材料，用蒸餾水沖洗3次，即得到四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極；所述的乙酸鈷水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的六亞甲基四胺水溶液濃度為0.001摩爾/升～0.01摩爾/升；所述的乙酸鈷水溶液和六亞甲基四胺水溶液的體積比為1:1。2.根據權利要求1所述的一種四氧化三鈷/石墨烯三維混合結構柔性電極...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李春花，
申請(專利權)人：青島祥智電子技術有限公司，
類型：發明
國別省市：山東,37