[发明专利]一种三维多孔石墨烯-二硫化钒复合电极材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种三维多孔石墨烯‑二硫化钒复合电极材料、其制备方法及其应用，复合电极材料包括多孔氧化石墨烯和所述多孔氧化石墨烯包覆的二硫化钒。该复合电极材料采用多孔氧化石墨烯包覆二硫化钒，多孔氧化石墨烯提供更多的离子通道及更高的比表面积，方便离子的存储及传输；多孔氧化石墨烯可以提高二硫化钒的电导率，更能在充放电过程中抑制二硫化钒的体积膨胀及相变问题，同时二硫化钒能提供赝电容，使其具有较高的比电容量和倍率性能。复合电极材料在超级电容器中呈现出良好的电容特性。复合电极材料的三维宏观体能显著增强复合材料的稳定性。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，尤其涉及一种三维多孔石墨烯-二硫化钒复合电极材料、其制备方法及其应用。

背景技术

除了诸如温室效应和酸雨等已经存在的严重的环境问题之外，人类正面临着由化石燃料的燃烧和汽车气体排放所造成的雾霾等新的问题。毫无疑问，开发出可替代的清洁和可持续能源技术及启动零排放电动车(EV)以缓解日益严重的环境问题迫在眉睫。超级电容器因为其优异的性能被广泛认为是电动汽车和储能领域有前途的候选者之一。当然，其中重要的是要实现设计可靠的电极材料具有高能量/功率密度、长寿命、高倍率性能等。

具有分层结构的过渡金属二硫属元素化物(LTMDs)因其独特的性质而被广泛关注。2D层状的二硫化钒(VS₂)已被证实是LTMD族中的典型成员，钒(V)夹在两个硫原子(S)层之前形成S-V-S三明治结构，这种独特的结构可以固有地容纳客体离子插入层隙中而不会产生严重的结构变形，并能保证其在充放电期间电子的快速运输，然而VS₂因自身电导率较低及离子脱嵌过程中导致的体积膨胀问题使得VS₂具有较差的倍率性能及较低的循环可逆性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维多孔石墨烯-二硫化钒复合电极材料、其制备方法及其应用，该复合电极材料具有较高的比电容量和倍率性能。

本发明提供了一种三维多孔石墨烯-二硫化钒复合电极材料，包括多孔氧化石墨烯和所述多孔氧化石墨烯包覆的二硫化钒。

优选地，所述多孔氧化石墨烯的比表面积大于等于186m²/g；平均孔径为20nm；孔体积为0.15～0.20cm³/g。

优选地，所述多孔氧化石墨烯和二硫化钒的质量比为88～92:8～12。

本发明提供了一种上述技术方案所述三维多孔石墨烯-二硫化钒复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

将钒源溶液和硫源混合，得到混合溶液；

将所述混合溶液、多孔氧化石墨烯和表面活性剂混合均匀，水热反应，得到三维多孔石墨烯-二硫化钒复合电极材料。

优选地，所述钒源溶液中的钒源选自偏钒酸铵、钒酸钠和偏钒酸钠中的一种或多种；

所述硫源选自硫代乙酰胺和/或硫脲。

优选地，所述多孔氧化石墨烯按照以下方法制得：

将待处理氧化石墨烯超声后和双氧水混合，95～100℃下反应0.5～2h，冷却后洗涤，再加入水超声分散，得到多孔氧化石墨烯。

优选地，所述双氧水的质量分数为28～32％；

所述待处理氧化石墨烯的质量和双氧水的体积为比为10mg:(1～3)mL。

优选地，所述钒源、硫源和多孔氧化石墨烯的物质的量比为1:5～10:1～10；

所述表面活性剂和钒源溶液中钒源的质量比为0.5～1:1。

优选地，所述水热反应的温度为160～180℃；水热反应的时间为10～30h。