[发明专利]一种超快速电化学电容器用多孔石墨烯/Ti3

说明书

本发明公开了一种超快速电化学电容器用多孔石墨烯/碳化钛(Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;)复合薄膜材料的制备方法和应用，将具有优异水分散性的多孔还原氧化石墨烯与Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;进行混合，有效地防止了Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;纳米片之间的自我堆积，使其表面积得到充分利用。同时大尺寸的多孔还原氧化石墨烯的加入增强了抽滤所获得复合薄膜的机械性、稳定性和良好的离子传输性。并且有机溶剂快速溶解纤维素滤膜基底直接获得无粘结剂、高导电超薄膜电极。将其组装所得的电化学电容器呈现出超高的电容值和高频响应性，可用于交流线路滤波，具有低成本和高可拓展性的特点。

技术领域

本发明属于滤波电容领域，具体涉及一种超快速电化学电容器用多孔石墨烯/Ti₃C₂T_x复合薄膜材料的制备方法和应用。

背景技术

物联网、人工智能和医疗监测等电子设备的发展进一步促进了人们对具有灵敏功能、耐用性、延长寿命和良好兼容性的小型柔性电子产品的追求。小型能源收集装置(如太阳能电池、纳米发电机)、能源管理装置(如电化学电容器和电池)和耗能装置(如传感器)的自供电全面集成系统是满足上述要求的可行途径。但大多数自供电系统，如水能、风能和摩擦纳米发电机所产生的电压多为不稳定的脉冲信号，通常需要将交流电转化成直流电。这主要是由集成有滤波电容的滤波电路来完成的。而传统的商业滤波电容是铝电解电容，其体积大、容量小限制了它在轻量化电子产品中的应用。电化学电容器作为一种新兴的交流线路滤波装置，较商业铝电解电容具有更高比电容、结构可调等优点。电化学电容器实现交流线路滤波，这将推动其与电池、纳米发电机等供能装置在下一代清洁能源领域的广泛应用。但是传统的电化学电容器无法满足电极内快速的离子扩散和频率响应性要求，设计具有超快离子扩散和高倍率性的电化学电容器仍然具有极大的挑战。

迄今为止，具有大的外比表面积的材料，如多孔碳纳米管或石墨烯，由于其具有较高的电子导电性和离子导电性，普遍被用于制备具有交流线路滤波性能的电化学电容器。基于此类材料的滤波电容，其大多具有双电层电容行为，依赖于电极/电解质界面间超快的离子吸脱附。然而，基于EDLC的电化学电容器的关键挑战是其能量密度较低。此外，已经用于交流线路滤波的电极材料其所采用的电极制备方法大多对沉积质量、薄膜厚度、形貌和均匀性控制较差，另外其他问题包括可重现性差、处理时间长、成本高和低可扩展性。

发明内容

针对交流滤波的要求，充分利用纳米材料的特性，本发明具有特异微结构的复合材料，通过一定的工艺直接进行处理以获得无粘结剂的、导电的、超薄膜电极，组装成电化学电容器，具有杰出的滤波性能。并且具有低成本和高可拓展性的特点。

本发明的具体技术方案如下：

一种超快速电化学电容器用多孔石墨烯/Ti₃C₂T_x复合薄膜材料的制备方法，所述Ti₃C₂T_x中加入具有优异水分散性的多孔还原氧化石墨烯得到混合溶液，通过真空抽滤、有机溶剂溶解滤膜，得到所述复合超膜材料。

优选地，一种超快速电化学电容器用多孔石墨烯/Ti₃C₂T_x复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、在GO溶液中加入H₂O₂，水浴搅拌下处理，透析除去杂质得到P-GO溶液；

步骤二、在P-GO溶液中加入氨水，水合肼，还原得到P-rGO溶液；

步骤三、加入所述P-rGO，与Ti₃C₂T_x超声搅拌混合；