[发明专利]一种氧化石墨烯掺杂Co‑anderson杂多酸制备超级电容器材料的方法及其应用

说明书

[技术领域]

本发明涉及超级电容器材料领域，具体地说是一种氧化石墨烯掺杂Co-anderson杂多酸制备超级电容器材料的方法及其应用。

[背景技术]

超级电容器又称为电化学电容器、双电层电容器，通过在界面上实现正负电荷分离来储能。它是一种电化学元件，其储能过程并不发生不可逆的化学反应，因此具有优秀的循环稳定性；其储能发生在界面上，受到的扩散限制较小，因此具有更高的能量密度。自1957年申报的第一项超级电容器的专利以来，超级电容器不断推陈出新，目前不但技术日新月异，应用范围也越来越广泛。

石墨烯被发现至今，已经在科研和工业领域开拓新方向。石墨烯是最薄的二维材料，具有极高的强度、极大的比表面积和极高的导电率。这些优点似的石墨烯具备了制备超级电容器的能力，并可大大的提高电容器性能。目前，提高电容器性能的研究注重于新的材料合成，并应用于电容器的制备，以此来提高超级电容器的储能和能量密度。

多酸化合物数目庞大，根据其组成中有无杂原子可分为杂多酸和同多酸两大类。杂多酸具有多样的结构和组成，其中anderson型杂多酸具有良好的氧化还原能力。因此，若能在还原氧化石墨烯的过程中引入Co-anderson杂多酸，借其充放电子的能力提高超级电容器储能、提高充放电速度和循环稳定性，将具有非常重要的意义。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种氧化石墨烯掺杂Co-anderson杂多酸制备超级电容器材料的方法，改进了超级电容器的石墨烯材料本身的电化学性能和简化其制备工艺，且反应条件容易控制，制备过程较为简单，得到的产品质量稳定性很好，有利于工业化生产。

为实现上述目的设计一种氧化石墨烯掺杂Co-anderson杂多酸制备超级电容器材料的方法，包括以下步骤：1)取Co-anderson杂多酸溶入氧化石墨烯溶液中，在温度10-45℃、功率100-200W、频率15-20Hz下超声混合均匀；2)将混合溶液放入高温反应釜，高温高压反应12h，还原氧化石墨烯，得到石墨烯柱；3)取出步骤2)所得的石墨烯柱，用去离子水浸泡48h，去掉石墨烯中游离的离子，干燥石墨烯；4)将石墨烯、炭黑和聚四氟乙烯按8:1:1的比例研磨，即制得超级电容器材料。

进一步地，步骤1)中，先取适量氧化石墨烯溶液，加入去离子水，超声均散氧化石墨烯，制备4g/L的氧化石墨烯溶液，再取Co-anderson杂多酸溶入该氧化石墨烯溶液中，该杂多酸的浓度为0.1-0.8mol/L，超声搅匀30-40min。

进一步地，步骤1)中，所掺杂的Co-anderson杂多酸的结构为Anderson晶型。

进一步地，步骤2)中，高温高压反应的温度控制在100-260℃，并且在升温阶段每分钟升温不超过10℃。

进一步地，步骤3)中，将石墨烯柱用去离子水洗涤2次以上。

进一步地，步骤3)中，采用烘干的方式干燥石墨烯，烘干的温度控制在60-80℃。

进一步地，步骤3)中，采用冻干的方式干燥石墨烯，冻干的时间控制在48h以上。

本发明还提供了一种利用上述制备方法所获得的超级电容器材料在超级电容器中方面的应用。

所述超级电容器材料具有提高超级电容器的电化学性能，所述电化学性能包括比电容、循环稳定性和充放电速度。

本发明同现有技术相比，通过取Co-anderson杂多酸溶入氧化石墨烯的溶液中，利用超声波搅匀溶液，将混合溶液放入高温反应釜，反应得到石墨烯柱，再取出石墨烯柱，去掉石墨烯中游离的离子，烘干石墨烯，将石墨烯、炭黑和聚四氟乙烯按8:1:1的比例研磨，从而制备超级电容器材料，其反应条件容易控制，制备过程较为简单，得到的产品质量稳定性很好，有利于工业化生产，改进了超级电容器的石墨烯材料本身的电化学性能和简化其制备工艺，提高了石墨烯材料的电化学性能，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明Co-anderson杂多酸的红外表征图；

图2是本发明氧化石墨烯掺杂Co-anderson杂多酸电容器(1:0.05)的SEM图；

图3是本发明氧化石墨烯掺杂Co-anderson杂多酸电容器(1:0.1)的SEM图；

图4是本发明氧化石墨烯掺杂Co-anderson杂多酸电容器(1:0.2)的SEM图；

图5是本发明实施例2中超级电容器材料的充放电图。

[具体实施方式]