[发明专利]聚吡咯/Ni(OH)2/磺化石墨烯三元复合电极材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于复合电极材料合成技术领域，涉及三元复合电极材料的制备，特别涉及聚吡咯/Ni(OH)₂/磺化石墨烯三元复合电极材料的制备方法及应用。本发明首先将用改进Hummer’s法合成的氧化石墨烯用硼氢化钠还原，加入芳基重氮盐得到磺化石墨烯，然后加入镍盐经180～200℃水热反应5～6h得到SGO/Ni(OH)₂，在与聚吡咯在掺杂剂的作用下反应，最后经洗涤、干燥后即得。本发明以聚吡咯、Ni(OH)₂与改性的磺化石墨烯复合成三元电极材料，通过制备吡咯和SGO/Ni(OH)₂不同的摩尔比进行反应，并利用化学氧化聚合法合成。本发明工艺、设备简单，原料易于得到，制备成本低廉，污染较少，适于工业化生产，操作条件易于控制，所制产物电化学性能优越，具有很高的比电容，有很好的商业用途。

技术领域

本发明属于复合电极材料合成技术领域，涉及三元复合电极材料的制备，特别涉及聚吡咯/Ni(OH)₂/磺化石墨烯三元复合电极材料的制备方法及应用。

背景技术

到目前为止，超级电容器（SC）的能量存储应用前景已经打破了传统电池商业化，在航空等领域也取得了突破性进展。无论是折叠还是机械强度测试，全固态的SC结构和性能均保持良好，表现出理想柔性电极材料的特性。

以Ni(OH)₂和NiO为代表的基于镍材料电极，其优良的电活性和离子渗透强的特性，成为颇受关注的赝电容性电极。在法拉第反应过程中，电活性材料可以通过快速可逆还原反应，在电解质和电极表面之间存储电荷。纳米级 Ni(OH)₂ 能够提高其快速氧化还原反应能力，缩短离子扩散路径，对电解液有效进入电极引起双电层和赝电容反应起到了重要的作用。SCs的电容量取决于活性物质的数量及其利用率，换言之，活性物质利用率越高，电极材料的电容越大。因此，活性物质承受整个SCs的功率密度和能量密度。

一种更有效的改善石墨烯（GO）不可逆堆积的方法，是与具有赝电容性质的材料复合，如导电聚合物：聚吡咯（PPy）。GO与赝电容材料的协同作用可以提高电导率，具有高比电容，能量密度，功率密度和循环次数。目前的研究表明，将各种活性物质如Ni(OH)₂，PPy 等固定在石墨烯上，可以改善SCs的应用。具有赝电容性能的活性材料生长在GO形成三元复合材料已成为未来研究的热点之一。为了避免碳材料的缺陷，同时也增强活性材料的优点，设计合理的三元复合结构具有最大化性能。

发明内容

本发明的目的是采用功能化的磺化石墨烯为材料，与PPy、Ni(OH)₂复合得到三元电极的超级电容器电极材料。

本发明的技术方案如下：

聚吡咯/Ni(OH)₂/磺化石墨烯三元复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

A、以天然的鳞片石墨为原料，用改进Hummer’s法合成氧化石墨烯，水洗、干燥后备用；

B、将氧化石墨烯分散于去离子水中，经超声分散得到浓度为0.9～1 mg/ml均匀分散的氧化石墨烯棕色悬浮液，配制浓度为0.9～1.0 mg/ml的硼氢化钠水溶液，用碳酸钠水溶液调节氧化石墨烯悬浮液的pH值到9～10，将硼氢化钠水溶液加入到氧化石墨烯悬浮液中，体积比约为1:1，揽拌均匀后，80℃水浴持续搅拌，悬浮液从棕色变为黑色并伴随着团聚现象的发生，充分反应后，将混合液冷却到室温，超声剥离15min；

C、不断搅拌条件下，将芳基重氮盐缓慢滴加到硼氢化钠还原氧化石墨烯所得产物中，质量约比3:1，冰水浴充分反应后，去离子水透析7d，超声处理后得到磺化石墨烯（SGO）；