一种还原性氧化石墨烯的石墨毡的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种还原性氧化石墨烯的石墨毡的制备方法及其应用，属于电池系统技术领域。

背景技术：

自从1799年伏特发明电池以来，电池至今已经有两百多年的历史。在上个世纪30年代，电池的形式主要还是以锌锰电池，铅酸蓄电池为主；自从二战以来，由于高新技术的发展，人们发明了锂电池，正极采用硫化钛，负极采用金属锂；上个世纪80年代，研究者们发现锂离子可以嵌入石墨，为90年代锂离子电池的诞生打下了基础；至今为止，锂离子电池已经是便携式电子产品的最主要的供电方式。

然而，随着锂离子电池的广泛使用，锂离子的弊端也逐步被人们所发现，随着人们对于可持续发展的认识逐步加深，对于锂离子电池所造成的环境污染的严重性也有所认识，并且当今世界对于储能系统的要求也越来越严格，对高性能，低成本，环保型，便携提出更多的要求。

2015年，美国科学家使用碘化锌作为电池的电解液提出了一个相对新颖的概念，人们开始将目光放在碘化锌电池上。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种还原性氧化石墨烯的石墨毡的制备方法及其应用，以解决现有技术的上述问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种还原性氧化石墨烯的石墨毡的制备方法，其步骤如下：

(1)将石墨毡切割成所需形状大小；

(2)采用rca标准清洗法清洗切割好的石墨毡，以排除表面和通道内的各种杂质；

(3)采用改良后的氧化还原法制备氧化石墨烯，采用低温-中温-高温反应，来制备氧化石墨烯溶液，最后进行干燥制得氧化石墨烯。

(4)称量氧化石墨烯，加水稀释，超声振荡，将石墨烯与石墨毡一起放入反应釜中，进行水热合成，得到还原性氧化石墨烯的石墨毡。

上述还原性氧化石墨烯的石墨毡的制备方法，其具体步骤为：

(1)经过切割，获得半径为8厘米的半圆柱型石墨毡；

(2)将切割好的半圆柱型石墨毡在3号液(h2o2和h2so4两者体积比1：1)中清洗30分钟，冲洗干净后在1号液中(hcl、h2o2、h2o混合液.体积比1：2：5)清洗10分钟，再冲洗干净后，在2号液(nh4oh、h2o2和h2o混合液体积比1：2：8)中清洗10分钟；

(3)将清洗干净的半圆柱型石墨毡，在热台上烘干，温度可以设置在50℃至90℃之间；

(4)将石墨，硝酸钠和浓硫酸放入烧杯中，充分搅拌。

(5)在低温环境(0℃)下，加入高锰酸钾，在加入高锰酸钾的时候，需要一点一点加入，防止温度超过20摄氏度，不断的搅拌进行低温氧化。

(6)将溶液升温到35℃，开始进行中温反应，2-4小时后，反应物变成棕红色。

(7)用滴管慢慢的滴加水，升温到90摄氏度进行高温反应，保持0.5-1小时。

(8)加水稀释，并不断地搅拌，加入50-100ml双氧水，并用5％-10％盐酸溶液进行浸泡，离心机沉淀，用去离子水不断洗涤沉淀直至中性。

(9)离心后将沉淀进行干燥。

(10)称量氧化石墨烯，加水稀释，超声振荡，与石墨毡一起放入高压反应釜，进行加热，水热合成。

(11)将载有石墨烯的石墨毡在高温下快速热退火，温度在900-1000摄氏度。气氛为真空(低于0.01pa)。

上述制备方法制备的石墨毡应用于制作碘化锌电池的电极材料。

一种包含上述石墨毡的碘化锌电池，包括柱状的电池主体；所述的电池主体中轴面上的阳离子交换膜；所述的阳离子交换膜将电池主体分割为两部分；所述的电池端面设置有与电池端面形状和大小匹配的石墨毡，所述的石墨毡为生长有还原性氧化石墨烯的石墨毡；所述石墨毡被分割成两片，并置于阳离子交换膜的两侧；所述的电池侧壁设置有电解质注入孔，所述的电解质为碘化锌溶液；所述的阳离子交换膜、两片石墨毡和电解液经封装成碘化锌电池。

所述的石墨毡的形状不受拘束，可以是长方体，半球体，半圆柱体。

为了防止漏液，所述的封装材料必须表面紧密连接。

本发明所述的柔性碘化锌电池电极材料具有以下优势：成本低廉，制作简单，与集成电路工艺相结合有助于批量生产，使用寿命长，便于携带，柔性材料。相比普通碘化锌电池(电极为锌盘)具有更大的竞争力。

附图说明

图1为本发明碘化锌电池结构示意图；

图中：1、阴极2、阳极(长有还原性氧化石墨烯的石墨毡)3、电解质注入孔4、阳离子交换膜。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的结构特点。

如图1所示一种应用在新型碘化锌电池的装置，包括长有还原性氧化石墨烯的石墨毡，所述的石墨毡可以明显的看出石墨毡中的石墨纤维错综复杂。

所述的石墨毡的形状不受拘束，可以是长方体，半球体，半圆柱体。

所述的阳离子交换膜能够将阴阳极完全隔开。

所述的封装材料必须紧密连接，从而防止漏液

实施例：样品采用含量超过94％的石墨毡，圆柱体的封装材料，氧化还原法制备的氧化石墨烯，将氧化石墨烯与石墨毡放入氧化炉中。具体制作过程如下：

(1)经过切割，获得半径为8厘米的半圆柱型石墨毡；

(2)将切割好的半圆柱型石墨毡在3号液(h2o2和h2so4两者体积比1：1)中清洗30分钟，冲洗干净后在1号液中(hcl、h2o2、h2o混合液.体积比1：2：5)清洗10分钟，再冲洗干净后，在2号液(nh4oh、h2o2和h2o混合液体积比1：2：8)中清洗10分钟；

(3)将清洗干净的半圆柱型石墨毡，在热台上烘干，温度可以设置在50℃至90℃之间；

(4)将石墨，硝酸钠和浓硫酸放入烧杯中，充分搅拌。

(5)在低温环境(0摄氏度)下，加入高锰酸钾，在加入高锰酸钾的时候，需要一点一点加入，防止温度超过20摄氏度，不断的搅拌进行低温氧化。

(6)将溶液升温到35摄氏度，开始进行中温反应，2-4小时后，反应物变成棕红色。

(7)用滴管慢慢的滴加水，升温到90摄氏度进行高温反应，保持0.5-1小时。

(8)加水稀释，并不断地搅拌，加入50-100ml双氧水，并用5％-10％盐酸溶液进行浸泡，离心机沉淀，用去离子水不断洗涤沉淀直至中性。

(9)离心后将沉淀进行干燥。

(10)称量氧化石墨烯，加水稀释，超声振荡，与石墨毡一起放入高压反应釜，进行加热，水热合成。

(11)将载有石墨烯的石墨毡在高温下快速热退火，温度在900-1000摄氏度。气氛为真空(低于0.01pa)。

需要说明的是，在水热合成具有还原性氧化石墨烯的石墨毡之前，需要用rca标准清洗法洗干净石墨毡，该清洗方法可以有效的清除石墨毡表面以及内部的各种粒子，金属，有机物，污染。

本发明所述的新型碘化锌电池装置的方法，为大规模生产新型碘化锌电池提供了可能。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种还原性氧化石墨烯的石墨毡的制备方法及其应用，(1)将石墨毡切割成所需形状大小；(2)采用RCA标准清洗法清洗切割好的石墨毡，以排除表面和通道内的各种杂质；(3)采用改良后的氧化还原法制备氧化石墨烯，采用低温‑中温‑高温反应，来制备氧化石墨烯溶液，最后进行干燥制得氧化石墨烯；(4)称量氧化石墨烯，加水稀释，超声振荡，将石墨烯与石墨毡一起放入反应釜中，进行水热合成，得到还原性氧化石墨烯的石墨毡。本发明碘化锌电池电极材料具有以下优势：成本低廉，制作简单，与集成电路工艺相结合有助于批量生产，使用寿命长，便于携带。

技术研发人员：王连卫;钱瑞;徐少辉;熊大元
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：2018.09.21
技术公布日：2019.03.15