/3dmg非对称超级电容器及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子技术领域，更进一步涉及电容器制备技术领域中的一种基于三维单孔石墨烯/氢氧化镍/三维多孔石墨烯3DSG/Ni(0H)2/3DMG非对称超级电容器及制备方法。本发明可用于储能元件的制备。
【背景技术】
[0002]超级电容具有循环寿命长，充放电时间短，温度特性好，免维护和绿色环保等特点。超级电容包括双电层型超级电容、赝电容型超级电容和非对称型超级电容，非对称性超级电容具有较高的电容量，几乎是具有相同碳电极的对称型双电层电容器容量的两倍。氢氧化镍具有高的理论电容量及低的造价，被广泛的应用于超级电容及电池等储能器件中。
[0003]三峡大学申请的专利“一种非对称超级电容器及其制备方法”(申请号201510057777.6，公布号CN 104795243A)中公开了一种非对称超级电容器及其制备方法。该电容器包括正极极片、负极极片、电解液、隔膜以及封装膜;正极极片为氢氧化镍，基底为泡沫镍或钛片，其特征是负极活性材料为镍铁层状双金属氢氧化物，基底为泡沫镍或钛片，电解液采用氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸钠或硫酸钾溶液。该非对称超级电容器的制备方法，包括正极极片、负极极片的制备，电解液的配置以及电容器的组装。该非对称超级电容器虽然电压窗口较宽，比电容较高，制备方法简单易操作，成本低。但是，该方法仍然存在的不足之处是:其一，该电容器采用氢氧化镍作为正极极片，氢氧化镍单一作为电极时无法高效地进行电荷的传输反应，使在衬底接触电极时其电容大大降低;其二，该电容器采用单一的氢氧化镍作为正极极片，电循环效率不高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提出一种以三维石墨烯、氢氧化镍为主要原料制备基于三维单孔石墨烯/氢氧化镍/三维多孔石墨烯3DSG/Ni(0H)2/3DMG非对称超级电容器的方法。
[0005]为实现上述目的，本发明的具体思路是:首先，制备三维单孔石墨烯/氢氧化镍3DSG/Ni (OH)2作为正极;然后，制备三维多孔石墨烯/氢氧化镍3DMG/Ni (OH)2作为负极;最后将正极和负极组装起来，充入电解质溶液氢氧化钾，正负极之间用隔膜隔开，制备得到基于3DSG/Ni(0H)2/3DMG非对称超级电容器。
[0006]本发明的基于3DSG/Ni(0H)2/3DMG非对称超级电容器包括正极，负极，电解质溶液和隔膜，正极采用3DSG/Ni (OH)2复合材料，负极采用3DMG/Ni (OH)2复合材料。
[0007]本发明制备3DSG/Ni(0H)2/3DMG非对称超级电容器方法的具体步骤如下:
[0008](I)基底预处理:
[0009](Ia)利用压平机将2片厚度为1.6mm的泡沫镍压薄，得到2片厚度为0.25mm的泡沫镍薄片；
[0010](Ib)用乙醇、去离子水、5M HCl溶液分别清洗2片泡沫镍薄片后，再用去离子水分别将2片泡沫镍薄片清洗干净，将2片泡沫镍薄片分别作为正极基底泡沫镍薄片和负极基底泡沫镍薄片；
[0011](2)制备负极基底骨架:
[0012](2a)采用电化学三电极法，将负极基底泡沫镍薄片置于CuSO4.5H20和HBO3的混合溶液中，加电化学沉积电压，沉积50?150分钟，得到负极基底覆盖铜的泡沫镍薄片；
[0013](2b)将覆盖铜的泡沫镍薄片置于化学气相沉积CVD管式炉的恒温区中，通入5sCCm氩气和Isccm氢气，进行1100°C的高温退火0.5?2小时，得到负极基底铜镍合金；
[0014](2c)采用电化学三电极法，将负极基底铜镍合金置于CuSO4.5H20和HBO3的混合溶液中，加腐蚀电压，腐蚀三维铜镍合金骨架500?1500秒，得到具有多通道孔网状结构的负极基底骨架三维多孔铜镍合金；
[0015](3)制备自支撑正负极基底:
[0016](3a)采用化学气相沉积法，将三维多孔铜镍合金骨架和负极基底泡沫镍薄片分别置于化学气相沉积CVD系统管式炉的恒温区内，通入20sCCm氩气和氢气的混合气体5?10分钟；
[0017](3b)将管式炉加热至600°C时，通入2?20sccm乙烯，保持气氛不变，生长5?10个小时；
[0018](3c)采用迅速降温的方式，将管式炉温度降为室温后，取出管式炉中的样品，得到负极基底3DMG/铜镍合金和正极基底3DSG/泡沫镍薄片；
[0019](3d)分别将负极基底3DMG/铜镍合金和正极基底3DSG/泡沫镍薄片置于0.5?2M氯化铁和I?3M盐酸的混合溶液中，保持混合溶液温度为60?80°C，腐蚀24小时，得到自支撑负极基底3DMG和正极基底3DSG;
[0020](4)制备正负极:
[0021](4a)分别将自支撑负极基底3DMG和正极基底3DSG用去离子水冲洗干净，得到负极基底3DMG和正极基底3DSG ；
[0022](4b)将负极基底3DMG和正极基底3DSG分别置于4M硝酸溶液中浸泡两个小时，分别取出后用去离子水清洗干净，得到负极基底3DMG和正极基底3DSG;
[0023](4c)将氯化镍和尿素的混合溶液放入高压釜中，分别将负极基底3DMG和正极基底3DSG浸入氯化镍和尿素的混合溶液中，生长20?30分钟；
[0024](4d)分别取出浸泡在氯化镍和尿素的混合溶液中的负极基底3DMG和正极基底3DSG，自然降温至室温后，分别用去离子水冲洗干净，并在真空干燥箱60°C下烘干，得到正极3DSG/Ni (0H) 2复合材料和负极3DMG/Ni (OH) 2复合材料；
[0025](5)组装电容器:
[0026]将正极3DSG/Ni(0H)2复合材料和负极3DMG/Ni(0H)2复合材料组装起来，充入3M氢氧化钾溶液作为电解质溶液，中间用隔膜隔开，得到3DSG/Ni (OH) 2/3DMG非对称超级电容器。
[0027]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0028]第一、由于本发明的电容器正极采用3DSG/Ni(0H)2复合材料，负极采用3DMG/Ni(OH)2复合材料，克服了现有技术中电容器电极材料比表面积低的不足，使得本发明具有高Ni (OH)2利用率，高导电性的的优点。
[0029]第二、由于本发明制备电容器的方法中直接在具有多孔网状结构的三维石墨烯骨架上生长氢氧化镍，制备三维石墨烯/Ni (OH)2复合材料，克服了现有技术中电容器采用氢氧化镍作为电极时无法高效地进行电荷的传输，使在衬底接触电极时其电容大大降低的不足，使得本发明具有多重传输通道，高电荷和离子传输效率，高电容量的优点。
[0030]第四、由于本发明制备电容器的方法中直接在三维石墨烯骨架上生长氢氧化镍，克服了现有技术中电容器采用单一的氢氧化镍作为正极极片，电循环效率不高的不足，使得本发明具有高循环效率的优点。
【附图说明】
[0031]图1是本发明电容器的结构示意图；
[0032]图2是本发明电容器的制备流程图；
[0033]图3是本发明中3DMG/Ni(0H)2复合材料在20A/g的扫描电流密度下，循环次数与比电容的关系曲线图。
【具体实施方式】
:
[0034]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。
[0035]参照附图1，图中三维单孔石墨烯/氢氧化镍为正极，三维多孔石墨烯/氢氧化镍为负极，氢氧化钾为电解质溶液，隔膜在正负极中间，被电解质溶液包围。
[0036]参照附图2，本发明具体步骤如下:
[0037]步骤1:基底预处理。
[0038]利用压平机将2片厚度为1.6mm的泡沫镍压薄，得到2片厚度为0.25mm的泡沫镍薄片，然后用乙醇、去离子水、5M HCl溶液分别清洗2片泡沫镍薄片后，最后用去离子水分别将2片泡沫镍薄片清洗干净，将2片泡沫镍薄片分别作为正极基底泡沫镍薄片和负极基底泡沫镍薄片。
[0039]步骤2:制备负极基底