一种细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]石墨烯因其独特的二维层状结构赋予其较高的理论比表面积和超快的电子迀移率，使其可以作为超级电容器的电极材料。超级电容器具有相对较高的功率密度和能量密度，弥补了传统电容器能量密度低和电池功率密度低的不足，是一种伴随材料科学发展而出现的新型储能器件。超级电容器因其具有广泛的温度适用性、较长的循环寿命和低维护费用等优势，在功率补偿、电动车电源动力以及微电子器件等方面展示出广泛的应用前景。超级电容器的性能主要取决于其电极材料。伴随电子产品对电源设备的更高要求，不需要任何黏结剂和导电剂的整体性超级电容器电极材料的研究越来越受到人们的关注。同时随着对高性能超级电容柔性的需求日益迫切，柔性、具有弯曲稳定性的电子器件已成为目前储能领域研究的重要方向。早期的金属氧化物电极材料的制备过程中，往往需要添加粘结剂等，阻碍了电解液与活性物质的充分接触，增加了电极的内阻等。
【发明内容】
[0003]本发明是要解决现有方法制备的导电膜材料比电容量低以及倍率性能和力学性能差的问题，提供一种细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料的制备方法及其应用。
[0004]本发明一种细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料的制备方法，按如下步骤进行:
[0005]—、将细菌纤维素浸泡在去离子水中超声洗涤，分散在去离子水中，然后转移到匀浆机中高速搅拌，得到细菌纤维素浆料;将酸化石墨烯超声分散在去离子水中，得到酸化石墨烯分散液；
[0006]二、将细菌纤维素浆料真空抽滤成膜，然后加入酸化石墨烯分散液继续抽滤成膜，再置于真空干燥箱中进行干燥，制成细菌纤维素石墨烯纸；
[0007]三、将钴盐和铵盐溶于蒸馏水中，得到混合溶液;将细菌纤维素石墨烯纸浸泡在混合溶液中，加入氨水，混合均匀后转移到反应釜中，加热，制成细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料；
[0008]其中细菌纤维素石墨烯纸中细菌纤维素与酸化石墨烯的质量比为(3?30):1;步骤三中钴盐与钱盐的摩尔比为(0.2?10):1;钴盐与氨水的比例为lmmol: (0.3?5ml)，氨水的体积百分含量为25%。
[0009]本发明的有益效果:
[0010](I)细菌纤维素成本低，资源丰富，环境友好，具有超精细网状结构及优异的力学性能，并且研究已经表明细菌纤维素与石墨烯等碳材料具有非常好的结合力。利用其特点，制备细菌纤维素石墨烯纸使材料发挥了协同作用，保留了柔性材料的优异的力学性能及石墨烯优异的导电性能。相对于双电层电容器，赝电容器提供更高的电容值。过渡族金属氧化物及氢氧化物能够产生很好的赝电容。四氧化三钴是一种廉价的金属氧化物电极材料，并其具有层状结构和较大的层间距，拥有较高的理论比容量成为一种比较常用的电极材料。但报道的四氧化三钴比容量普遍比较低，而石墨烯的优点恰巧可以弥补其不足，因此，四氧化三钴和石墨烯复合之后，性能得到较大的改善和提高。细菌纤维素资源丰富、成本低廉，四氧化三钴比电容高，石墨烯具有优异的导电性。利用材料的协同作用，制备了高比电容及力学性能的柔性材料，应用于超级电容器；
[0011](2)采用水热生长的方式，制备的材料具有高的倍率性能；
[0012](3)制备工艺简单，原材料价格低廉；
[0013](4)直接用做超级电容器电极具有很好的电容性。
【附图说明】
[0014]图1为实施例1所获得的细菌纤维素石墨烯纸扫描电镜照片；
[0015]图2为实施例1所获得的细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极的扫描电镜照片；
[0016]图3为实施例1所获得的以细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线;其中a为50mV/s，b为100mV/s，cS300mV/s;
[0017]图4为实施例2所获得的以细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极制备的工作电极在6M氢氧化钾电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线;其中a为50mV/s，b为100mV/s，cS300mV/s;
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式一种细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料的制备方法，按如下步骤进行:
[0019]—、将细菌纤维素浸泡在去离子水中超声洗涤，分散在去离子水中，然后转移到匀浆机中高速搅拌，得到细菌纤维素浆料;将酸化石墨烯超声分散在去离子水中，得到酸化石墨烯分散液；
[0020]二、将细菌纤维素浆料真空抽滤成膜，然后加入酸化石墨烯分散液继续抽滤成膜，再置于真空干燥箱中进行干燥，制成细菌纤维素石墨烯纸；
[0021 ]三、将钴盐和铵盐溶于蒸馏水中，得到混合溶液;将细菌纤维素石墨烯纸浸泡在混合溶液中，加入氨水，混合均匀后转移到反应釜中，加热，制成细菌纤维素石墨烯纸负载四氧化三钴柔性电极材料；
[0022]其中细菌纤维素石墨烯纸中细菌纤维素与酸化石墨烯的质量比为(3?30):1;步骤三中钴盐与钱盐的摩尔比为(0.2?10):1;钴盐与氨水的比例为lmmol: (0.3?5ml)，氨水的体积百分含量为25%。
[0023]本发明的有益效果:
[0024](I)细菌纤维素成本低，资源丰富，环境友好，具有超精细网状结构及优异的力学性能，并且研究已经表明细菌纤维素与石墨烯等碳材料具有非常好的结合力。利用其特点，制备细菌纤维素石墨烯纸使材料发挥了协同作用，保留了柔性材料的优异的力学性能及石墨烯优异的导电性能。相对于双电层电容器，赝电容器提供更高的电容值。过渡族金属氧化物及氢氧化物能够产生很好的赝电容。四氧化三钴是一种廉价的金属氧化物电极材料，并其具有层状结构和较大的层间距，拥有较高的理论比容量成为一种比较常用的电极材料。但报道的四氧化三钴比容量普遍比较低，而石墨烯的优点恰巧可以弥补其不足，因此，四氧化三钴和石墨烯复合之后，性能得到较大的改善和提高。细菌纤维素资源丰富、成本低廉，四氧化三钴比电容高，石墨烯具有优异的导电性。利用材料的协同作用，制备了高比电容及力学性能的柔性材料，应用于超级电容器；
[0025](2)采用水热生长的方式，制备的材料具有高的倍率性能；
[0026](3)制备工艺简单，原材料价格低廉；
[0027](4)直接用做超级电容器电极具有很好的电容性。
[0028]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的超声的功率是100w，频率是30KHz。其它与【具体实施方式】一相同。
[0029]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:步骤一所述的超声洗涤的条件为超声时间I?10h。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0030]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤一所述的高速搅拌的速度为8000?15000r/min，搅拌时间3?30min。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0031 ]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤二所述的钴盐为乙酸钴、氯化钴、硫酸钴或硝酸钴;铵盐为硝酸铵或氟化铵。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0032]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤二所述的反应釜为内衬四氟高温高压反应釜。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0033]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤三中所述的氨水为质量百分含量为25%的氨水。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0034]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤二中加热的温度为80?150°C，反应时间为3h?15h。其它与【具体实施方式】一至七之一相同。
[0035]【具体实施方式】九:本实施