[01472541]一种超级电容器用相互连接的且卷起的网状石墨烯材料的制备方法

①课题来源与背景 石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料,其基本结构是由碳原子以sp2杂化形成的六元环。单层石墨烯只有一个原子的厚度,其独特的单原子层结构赋予它优异的物理化学性能。石墨烯材料在室温下具有高的载流子迁移率（10000 cm2/V/s）,超高的理论比表面积（2630 m2/g）和优良的导热系数（3000-5000 W/m/K）。因此,被广泛的应用在场发射器、太阳能和风能等储能器件上。当前,商品石墨烯主要由氧化石墨制备,而氧化石墨的价格高达1000元/克,导致石墨烯的价格居高不下。 我国是煤炭生产大国,蒽油是通过蒸馏煤焦油切取280～360 ℃的馏分,蒽油的价格仅在0.005元/克左右。蒽油具有廉价、易得、低灰和富含多环芳香性结构单元等优点。目前,国内外对蒽油的加工主要是提取其中蒽、菲、咔唑三种组分。这三种组分在分离加工过程中极易形成一些双组分低共熔物和一系列固溶体,分离困难且分离过程能耗高、污染大。 离子液体是指没有电中心分子,且100％由一种含氮或含磷杂环的有机阳离子和一种无机阴离子组成,室温下为液态的物质。离子液体由于具有极低的蒸汽压、较高的热稳定性和可调的溶解能力,所以本发明选用电势窗口达4 V的BMIMPF6离子液体作为超级电容器的电解液。 ②技术原理及性能指标 本发明公开一种超级电容器用相互连接且卷起的网状石墨烯材料的制备方法,属于新型炭材 料技术领域。该方法是以蒽油为碳源,纳米碳酸钙为模板,氢氧化钾为活化剂,加入N,N-二甲基甲酰胺使三者混合均匀后,置于管式炉中,在氩气气氛下加热,直接制备得到目标产物。本发明以廉价的碳酸钙为模板,蒽油为碳源,制备的相互连接且卷起的超级电容器用网状石墨烯电极材料具有容量高、可用能量密度大等优点。该材料用作对称型超级电容器电极材料,在BMIMPF6离子液体电解液中,0.05 A/g电流密度下,其比容为256 F/g,可用能量密度高达143 Wh/kg,可以和锂离子电池的能量密度相媲美。 ③技术的创造性与先进性 蒽油和纳米碳酸钙均具有廉价、易得、成本低等优点,蒽油还具有低灰和富含多环芳香性结构单元等优点。纳米碳酸钙不仅起模板的作用,而且,纳米碳酸钙高温分解得到氧化钙和二氧化碳后,二氧化碳还将发挥原位物理活化的作用。本发明制备出的相互连接且卷起的网状石墨烯电极材料的电化学性能优异,在BMIMPF6电解液中,其比容可达256 F/g,超级电容器的可用能量密度高达143 Wh/kg,可以和锂离子电池的能量密度相媲美。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 本发明属于新型炭材料技术领域,具体涉及一种超级电容器用相互连接的且卷起的网状石墨烯材料的制备方法。 ⑤应用情况及存在的问题 实施例1 相互连接的且卷起的网状石墨烯材料IRGN850具体制备过程如下： （1）反应物的混合：称取9 g的纳米碳酸钙,6 g的蒽油,12 g的氢氧化钾。将纳米碳酸钙与氢氧化钾研磨混合,所得混合物加入装有蒽油的烧杯中,并加入1.7 g N,N二甲基甲酰胺,搅拌上述混合物至均匀后得到反应物。 （2）相互连接的且卷起的网状石墨烯材料的制备：把步骤（1）得到的反应物移至 刚玉瓷舟中,然后将刚玉瓷舟置于管式炉内,在氩气气氛下,以3 ℃/min升温至550 ℃,恒温30 min后,继续以3 ℃/min升温速率将管式炉加热至850 ℃,恒温60 min后,自然冷却至室温。将得到的产物磨碎,转移至烧杯中,向烧杯中加入40 mL稀盐酸搅拌、超声震荡,磁力搅拌,在室温下静置后用热蒸馏水洗涤至中性,置于干燥箱中干燥,研磨过325目标准筛,制得相互连接的且卷起的网状石墨烯材料命名为IRGN850。IRGN850用作对称型超级电容器电极材料,在BMIMPF6电解液中,0.05 A/g电流密度下,IRGN850的比容为236 F/g,可用能量密度达128 Wh/kg,功率密度为116 W/kg。 ⑥历年获奖情况 ⑦成果简介要向社会公开,请不要填写商业秘密内容