[发明专利]一种石墨烯负载金属氧化物电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯负载金属氧化物电极材料的制备方法，包括：将金属盐溶解在乙醇和乙二醇的混合溶液中，再将氧化石墨烯水溶液加入混合溶液，通过超声处理获得均匀的GO/金属盐悬浮液；以清洗过的泡沫镍、泡沫铜等、铝箔或铜箔为基底和集流体，通过超声波喷涂方法将上述悬浮液涂覆在金属表面，即得石墨烯负载金属氧化物电极材料。本发明原位形成的金属氧化物在石墨烯表面分布均匀，电极材料表现出良好的赝电容性能。本发明避免使用粘结剂，也无需退火处理，电极制备工艺简便，易于实现批量制备。

技术领域

本发明涉及一种制备石墨烯负载金属氧化物电极材料的方法，属于石墨烯复合材料制备技术领域。

背景技术

随着现代科技的发展，能源与环境问题逐渐成为人类社会可持续发展的重要问题。传统的化石燃料不仅储量有限，而且燃烧产生的废气会严重污染环境及引发温室效应，因此，清洁、可再生的新能源技术成为人们关注的焦点。超级电容器，又称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能装置，具有充放电速度快、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高、绿色环保等优点，因此受到广泛关注。

石墨烯是一种单层的二维原子晶体，具有比表面积高、导电性能好、化学和热稳定性好等优点，因此被认为是理想的超级电容器电极材料。然而，单纯的石墨烯电极仅通过双电层机制储能，器件的比电容和能量密度远不能满足实际需求。此外，石墨烯片层间存在的π-π相互作用使其在实际使用过程中极易发生重新堆叠和团聚。而过渡金属氧化物作为一种典型的赝电容材料，具有比电容高、成本低等优点，因此近年来得到了广泛研究。但金属氧化物过低的电导率往往导致该类型电极的倍率性能和循环稳定性不佳，制约了其在超级电容器中的实际应用。因此，高性能、低成本的石墨烯/金属氧化物复合电极材料的开发具有重要意义。

Luo Yazi等人在《Electrochemical Acta》2014，Vol 132，332-337(电化学学报，2014年，132卷，第332-337页)发表了“Porous NiCo₂O₄-reduced graphene oxide(rGO)composite with superior capacitance retention for super capacitors”的论文，采用电喷雾方法将镍盐、钴盐及GO的混合溶液喷涂到加热的泡沫镍表面，并通过后续退火制备出多孔的rGO/NiCo₂O₄纳米复合电极。然而，上述电喷雾方法不仅喷涂速率极低，而且需要经过长时间退火才能获得最终的电极材料，因此生产效率过低，不适合大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种石墨烯负载金属氧化物电极材料的制备方法，通过简单、高效的工艺，在泡沫金属集流体上制备出石墨烯均匀负载金属氧化物的复合电极，并避免粘结剂的使用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯负载金属氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)采用常规的Hummer’s法制备GO，并将其均匀分散于去离子水中，配置成浓度0.1-0.7mg/mL的GO水溶液；

B)将金属盐溶解于乙醇和乙二醇溶液中，并与上述GO水溶液混合，经过超声处理获得均匀的前驱体混合溶液；其中，GO与金属盐的质量比为1:(1～20)；

C)把金属集流体加热到预定温度300-500℃，采用超声波喷涂方法将前驱体混合溶液以步进扫描方式涂覆在金属集流体表面，即得石墨烯负载金属氧化物电极材料；其中，供液速率为0.1-0.5mL/min，超声波功率0.6-1.5W，气体压力0.1-0.2Mpa。

优选地，所述步骤B)中的金属盐为水溶性的过渡金属元素的金属盐。

更优选地的，所述金属盐为硝酸盐、硫酸盐或氯化盐中的一种或多种。