[发明专利]一种石墨烯纳米带-铝基超级电容器集电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极的制备方法。

背景技术

高性能的能量存储系统对于电动车辆和混合动力电动车辆是至关重要的。相比较传统电池，超级电容器具有更快充电和放电的能力。但是，传统的超级电容其能量密度较低，性能不稳定等问题一直困扰着其广泛的实际应用。实现超级电容器高能量密度的关键在于采用适当的电极材料，尤其是采用具有独特纳米结构的材料。石墨烯纳米带是一种准二维材料,该材料的表面具有独特的条带状的结构，具有非常大的比表面积，可以作为储能材料利用。同时石墨烯纳米带的碳层完全是一种开放的结构,这使得石墨烯纳米带与电解液充分接触，有力提高超级电容器的性能。

然而，目前传统的石墨烯纳米带制备方法存在一定局限性，其合成过程复杂，结构缺陷多，表面含氧官能团很多，不能充分发挥出石墨烯纳米带优异性能。同时，由于石墨烯纳米带制备温度较高、易团聚及堆叠等特点，导致其比表面积降低和电学性能恶化。为此，制备过程简单且保持石墨烯纳米带完整性、提高石墨烯纳米带与电解液有效反应面积是获得高性能超级电容器亟待解决的难点问题。

发明内容

本发明要解决现有石墨烯纳米带制备方法存在合成过程复杂，结构缺陷多，表面含氧官能团很多，不能充分发挥出石墨烯纳米带优异性能，且由于石墨烯纳米带制备温度较高、易团聚及堆叠等特点，导致其比表面积降低和电学性能恶化的问题，而提一种石墨烯纳米带-铝基超级电容器集电极的制备方法。

一种石墨烯纳米带-铝基超级电容器集电极的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、在1cm²～10cm²的Al基底材料表面上均匀覆盖2mL～20mL浓度为0.01mol/L～0.1mol/L的Ni(NO₃)₂溶液，然后将表面覆有Ni(NO₃)₂溶液的Al基底材料置于加热台上，在温度为100℃～200℃的条件下加热，直至Ni(NO₃)₂溶液蒸干，得到表面覆有催化剂颗粒的Al基底材料；

二、将表面覆有催化剂颗粒的Al基底材料置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空至压强为5Pa以下，通入氢气，调节氢气气体流量为10sccm～50sccm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为100Pa～300Pa，并在压强为100Pa～300Pa和氢气气氛下，15min内将温度升温至为300℃～550℃；

三、通入氩气，调节氩气的气体流量为5sccm～40sccm，调节氢气气体流量为10sccm～50sccm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为200Pa～500Pa，然后在射频功率为50W～150W、压强为200Pa～500Pa和温度为300℃～550℃条件下进行刻蚀，刻蚀时间为30s～180s，刻蚀结束后，停止通入氩气；

四、通入甲烷，调节甲烷的气体流量为10sccm～40sccm，调节氢气的气体流量为80sccm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为200Pa～500Pa，然后在射频功率为125W～175W、压强为200Pa～500Pa和温度为300℃～550℃条件下进行沉积，沉积时间为30min～90min，沉积结束后，关闭射频电源和加热电源，停止通入甲烷，在氢气气氛下从温度为300℃～550℃冷却至室温，即可得到石墨烯纳米带-铝基超级电容器集电极材料。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用等离子体增强化学气相沉积方法，在衬底材料上沉积石墨烯纳米带，铝基底不仅具有优异的导电性能，可直接用作集电体使用，而且价格低廉，进而提高了超级电容器的整体性能，制备出的石墨烯纳米带的长度在0.2μm～5μm，宽度为10nm～100nm。

2、本发明相比较传统石墨烯纳米带制备方法，制备的石墨烯纳米带不会引入含氧官能团，避免对石墨烯纳米带的性能产生影响，石墨烯纳米带在铝基底原位生长可以有效的降低接触电阻，有利于发挥石墨烯纳米带优异的电学性能，其比电容在10mV/s扫速条件下高达512μF/cm²。

3、本发明的方法简单，高效，低成本，便于工业化生产，制备得到的石墨烯纳米带质量高，本方法在储能材料、气体吸附材料等领域有广阔的应用前景。

本发明用于一种石墨烯纳米带-铝基超级电容器集电极的制备方法。

附图说明

图1为实施例制备的石墨烯纳米带-铝基超级电容器集电极材料的扫描电镜图；