[发明专利]用于超级电容器电极的氟氮双掺杂多孔石墨烯水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供用于超级电容器电极的氟氮双掺杂多孔石墨烯水凝胶及其制备方法，以氧化石墨烯浆料和一定浓度的过氧化氢溶液混合均匀，加热数小时得到多孔氧化石墨烯浆料；随后将得到的多孔氧化石墨烯浆料中加入掺杂试剂，由于石墨烯表面孔结构和含氧基团的存在，使水热反应掺杂量增加，并得到以吡咯氮和半离子C‑F键为主的氟氮双掺杂多孔石墨烯水凝胶；将水凝胶切成片状压在泡沫镍集流体上，干燥后得到待测试的氟氮双掺杂多孔石墨烯电极；将电极在6mol L^‑1KOH溶液电解液中浸泡5h后，在三电极和双电极体系下中测试其电化学性能，改性后大大增加了材料的导电性并增加赝电容。

技术领域

本发明涉及储能材料技术领域，更具体地说涉及一种用于超级电容器电极的氟氮双掺杂多孔石墨烯的制备，具体地说是一种以吡咯氮和半离子C-F键为主的氟氮双掺杂多孔石墨烯的制备方法及其在超级电容器电极材料方面的应用。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能器件。与普通的电容器相比，其具有更高的能量密度；与电池相比，其具有更高的功率密度以及充电时间短、循环寿命长、耐候性好等优点,被广泛应用于电子器件后备电源、汽车启动电源、电子设备驱动电源等领域。在实际应用中，超级电容器的性能越来越不能满足现实需求，其性能主要取决于电极材料的选择。在用于超级电容的电极材料中，碳材料由于具有较高的导电率、高比表面积、良好的耐腐蚀性以及稳定性等优点，被广泛开发出各种同素异形体应用在各种超级电容器中。

目前碳电极材料主要有：活性炭、碳纳米管、碳纤维以及石墨烯等，其中石墨烯的超高比表面积和高导电性提供了较好的双电层电容，被认为是超级电容器理想的电极材料。然而，大多数本征石墨烯超级电容器显示出较低的比容量(100-200F g^-1)，这远远低于其理论容量(550F g^-1)，这是由于其较低的有效比表面积和较高的化学惰性，不能够进行氧化还原反应提供赝电容，限制了其比容量(El-Kady M F,Strong V,Dubin S,et al.Laserscribing of high-performance and flexible graphene-based electrochemicalcapacitors[J].Science,2012,335(6074):1326-1330)。