[发明专利]一种基于石墨烯/PVA水凝胶及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯/PVA水凝胶及其制备和应用，由制备的GO溶液、硼砂和水合肼溶液、PVA溶液，加热搅拌制备水凝胶。本发明利用石墨烯优良的导电性、延展性以及较高的比表面积以及硼砂与PVA之间的交联作用，得到可用作超级电容器电极的水凝胶。所制备的水凝胶具有较高的功率密度和倍率性能、较好的循环稳定性，是理想的超级电容器电极材料。

技术领域

本发明属于水凝胶及其制备和应用领域，特别涉及一种基于石墨烯/PVA水凝胶及其制备和应用。

背景技术

锂电池在当今社会是重要的维持设备的正常运行的高能量密度器件，但当电量耗尽时需要耗时再次充电。超级电容器于其充电快、能量和功率密度高、寿命长、使用温度范围广以及环保等优点，弥补了锂电池和普通电容器的不足，根据能量储存机理分为双电层、赝电容以及混合型超级电容器。其中赝电容电容器是通过电极材料快速而可逆的氧化还原反应来存储电能的，电化学性能与电极材料的导电性、理论比电容以及结构形貌等密切相关；双电层电容器是通过电极材料对电荷的静电吸附作用来储能的，电极材料的孔结构、比表面积以及电导率都对其电化学性能有影响；混合型超级电容器的两个电极分别为双电层电容器电极或赝电容电容器电极和电池电极。电极材料对超级电容器的电化学性能有着重要的影响。石墨烯本身是很好的无机填充涂料，有优良的导电性、延展性以及较高的比表面积，基于石墨烯的双电层电容器的电极材料相对来说具有较高的功率密度、较好的循环稳定性以及倍率性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯/PVA水凝胶及其制备和应用，本发明制备过程环保、简单、制备成本低、所得水凝胶可用作理想的超级电容器电极。

GO溶液与硼砂、水合肼溶液以及PVA溶液混合，利用水合肼还原后的石墨烯优良的导电性、延展性以及PVA与硼砂之间的交联作用，搅拌加热得到水凝胶，材料具有较好的柔性，较高的导电性，同时作为超级电容器的电极时，具有较大的比容量、较高的功率密度、倍率性能以及较好的循环稳定性。

本发明的一种基于石墨烯/PVA水凝胶，其特征在于：所述水凝胶为：利用水合肼还原氧化石墨烯，再通过聚乙烯醇PVA与硼砂的交联作用形成基于石墨烯/PVA水凝胶。

本发明的一种基于石墨烯/PVA水凝胶的制备方法，包括：

分别配置氧化石墨烯溶液、聚乙烯醇PVA溶液、硼砂和水合肼溶液，然后混合，80-100℃条件下搅拌1-3h，恢复室温后，即得基于石墨烯/PVA水凝胶。

所述氧化石墨烯溶液为：将氧化石墨烯加入水中60℃下搅拌1-2h，恢复室温后超声2-4h。

所述氧化石墨烯溶液为：将氧化石墨烯加入水中60℃下搅拌2h，恢复室温后超声4h。

所述氧化石墨烯溶液的浓度为2-10mg/mL。

所述聚乙烯醇PVA溶液：PVA加入到水中，在60℃下搅拌1h，再于90℃下搅拌1h。

所述聚乙烯醇PVA的平均分子量大小为89000-98000。

所述PVA溶液的浓度为10-15wt％，优选14wt％。

硼砂和水合肼溶液为：将硼砂和水合肼混合，定容，其中硼砂和水合肼的比例为1.16g：3.33mL。

氧化石墨烯溶液、聚乙烯醇PVA溶液、硼砂和水合肼溶液的比例为1g:1.75g:0.75mL。

所述搅拌为90℃下搅拌2h。

本发明的一种基于石墨烯/PVA水凝胶的应用，所述水凝胶在超级电容器中作为电极的应用。