[发明专利]泡沫镍负载的纳米碳材料气凝胶复合电极材料的制备方法

说明书

一种羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶/泡沫镍复合电极材料的制备方法，本发明涉及石墨烯泡沫镍复合电极材料的制备方法。本发明是要解决现有的纳米管改性石墨烯气凝胶的电学性能差的技术问题。本方法：先制备羧基化碳纳米管，再制备石墨烯气凝胶，然后将羧基化碳纳米管与石墨烯气凝胶混合后球磨，再低温循环，得到羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶混合溶液，将泡沫镍放在该溶液中真空抽滤再浸泡处理，干燥后得到羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶/泡沫镍复合电极材料。该材料在恒电流充放电过程中在0.5A/g的电流密度下，复合材料的比电容为155～161F/g并具有良好的倍率性能。可用于电池领域。

技术领域

本发明涉及石墨烯泡沫镍复合电极材料的制备方法。

背景技术

石墨烯气凝胶(GA)以石墨烯为骨架，形成以石墨烯为主体的三维多孔网络结构，它兼具石墨烯的纳米特性和气凝胶的宏观结构特性，GA独特的结构和组成不仅能够充分利用单片层石墨烯固有的理化性质，同时也解决了石墨烯片层间易团聚的难题，还赋予了它均匀密集的孔隙率。由于石墨烯片层间的化学交联，GA拥有更高的导电性和更快的电荷传递速率；而GA的高比表面积为催化还原提供了更多的活性位点；另外大孔径提高了参与氧化还原反应的物质的传质速率，同时赋予了GA的功能化更多可能性。

碳纳米管具有优异的理化性质如极高的机械强度、良好的吸附能力、较大的比表面积和良好的化学稳定性与热稳定性，特殊的电化学性质。可以利用碳纳米管对石墨烯进行改性。公开号为CN108010734A的中国专利公开了一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的电容器制作方法，该专利是利用石墨烯/碳纳米管气凝胶制得的电容器表现出了较为良好的电学性质。但掺杂的碳纳米管未经过改性处理，表现出的电学性能较差。

2018年第4期的《化工学报》上公开的一篇文章《碳纳米管－石墨烯气凝胶的制备及其对水中乳化油的吸附特性》中公开了利用氧化石墨烯与羧基化多壁碳纳米管为原料、聚乙烯吡咯烷酮为交联剂、乙二胺为还原剂，用水热还原法制得羧基碳纳米管－石墨烯复合气凝胶。该复合气凝胶具有多孔状三维气凝胶结构。这种气凝胶具有较好的吸附性能，但电学性能较差。

发明内容

本发明是要解决现有的纳米管改性石墨烯气凝胶的电学性能差的技术问题，而提供一种羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶/泡沫镍复合电极材料的制备方法。

本发明的羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶/泡沫镍复合电极材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、羧基化碳纳米管的制备：用硫酸和硝酸对碳纳米管进行处理，得到羧基化碳纳米管；

二、石墨烯气凝胶的制备：将氧化石墨烯分散到去离子水中，配置成质量浓度为1～5mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后将氧化石墨烯分散液用氨水调节pH为8～9，再加入抗坏血酸做还原剂，得到混合液；将混合液在温度为80～100℃的油浴中搅拌反应20～24h，得到石墨烯水凝胶，再将石墨烯水凝胶冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶；

三、按羧基化碳纳米管与石墨烯气凝胶的质量比为1：(3～5)，将步骤一得到的羧基化碳纳米管与步骤二得到的石墨烯气凝胶一起放入高能冲击球磨机中，在球料比为1：(1～3)，进行球磨10～20min，得到混合粉末；再将混合粉末加入到低温循环仪的水中，在温度为0～5℃的条件下循环处理12～18小时，得到羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶混合溶液；

四、用泡沫镍将步骤三得到的羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶混合溶液进行真空抽滤处理，然后再将泡沫镍放入该混合溶液中浸泡2～6h，将泡沫镍取出并真空干燥，得到羧基化碳纳米管/石墨烯气凝胶/泡沫镍复合电极材料。