專(zhuān)利名稱(chēng)：TiO₂/石墨棒納米片復(fù)合電極材料及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料，主要作為超級(jí)電容器電極。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電容器(Electrochemical capacitors)也稱(chēng)超級(jí)電容器 (Supercapacitors)，是近年來(lái)出現(xiàn)的一種化工新型儲(chǔ)能裝置，也是清潔或綠色能源技術(shù)的重要組成部分。它能提供比靜電電容器更高的能量密度，比電池更高的功率密度和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。此外，電化學(xué)電容器還具有對(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能高等特點(diǎn)。基于上述特點(diǎn)使得超級(jí)電容器具有廣闊的應(yīng)用前景，作為備用電源或獨(dú)立電源其在通信工業(yè)、 消費(fèi)電子、醫(yī)療器械等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，并且其應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大。目前，電化學(xué)電容器因其優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，已成為新型化學(xué)電源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同可將超級(jí)電容器分為兩種類(lèi)型一種是雙電層電容器 (Electric Double Layer Capacitors, EDLC),另一種則被稱(chēng)為法拉第準(zhǔn)電容器(Faraday Pseudocapacitors)。由于金屬氧化物在電極/電解液面處產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳材料產(chǎn)生的雙電層電容，所以對(duì)金屬氧化物的研究引起了許多研究工作者的重視。其中的TW2因其具有較大的比表面積，良好的電化學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性而被作為一種電化學(xué)儲(chǔ)能材料。復(fù)合電極材料作為一種新型的超級(jí)電容器電極材料，不僅具有比較高的電容，較大的比表面積，而且還具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，這些優(yōu)點(diǎn)都是單一電極材料所不能具有的。 此外，復(fù)合電極材料成本低廉，制備簡(jiǎn)便，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，有很好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料。本發(fā)明的另一目的是提供該TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法。本發(fā)明TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料，是以電化學(xué)剝離處理的石墨棒納米片作為基底原料，以TiCl3溶液作為電鍍液，通過(guò)恒電位電沉積法于石墨棒納米片基底表面沉積致密均勻的TiA而得。本發(fā)明TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法，是先將經(jīng)清洗處理的石墨棒進(jìn)行電化學(xué)剝離處理，得到石墨棒納米片基底；再以濃度為ο. Γ0. 4mol/L的11(13溶液作為電鍍液，以石墨棒納米片基底作為工作電極，鉬網(wǎng)作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，在0. 6^1. OV下恒電位電沉積Γ20π η ；電沉積完畢后，用高純水充分沖洗，于 400C 60°C下真空干燥，得TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料。所述石墨棒為天然石墨棒，人工石墨棒，高溫裂解石墨棒。石墨棒的清洗處理工藝為將石墨棒進(jìn)行打磨處理使其圓面比較平整光滑，用高純水反復(fù)超聲清洗后置于4飛mol/L的HCl溶液中刻蝕20 60min ；刻蝕完畢后依次用水、丙酮溶液超聲清洗，真空干燥。所述石墨棒的電化學(xué)剝離處理工藝為將經(jīng)清洗的石墨棒置于0. 0Γ0. 05mol/L 陰離子表面活性劑的水溶液中，控制電壓在2、V，于20°C 35°C下處理101 ，洗滌，得到石墨棒納米片基底。陽(yáng)離子表面活性劑可采用十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十六烷基磺酸鈉等。下面通過(guò)掃描電鏡圖、XRD圖以及電化學(xué)工作站CHI660B對(duì)本發(fā)明制備的TiO2/石墨棒納米片復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能作詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為石墨棒納米片的SEM圖。從圖中可以看出該石墨棒納米片基底形貌非常規(guī)整，具有均勻的片層結(jié)構(gòu)，而且部分納米片還有輕微的卷曲，從而使得該石墨棒納米片具有很高的比表面積。圖2為本發(fā)明TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的SEM圖。從圖2可以明顯地觀察到石墨棒納米片上均勻地沉積了一層TW2顆粒。經(jīng)電子尺檢測(cè)，TW2的厚度為 5^10nmo圖3為未剝落的石墨棒棒、電化學(xué)剝離的石墨棒納米片基底及TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料在0. 5mol/L的Na2SO4溶液中掃描速率為5mv時(shí)的循環(huán)伏安曲線(xiàn)圖。從圖3 的顯示表明，通過(guò)沉積TiO2顆粒使石墨棒納米片的比電容有了顯著的提高。通過(guò)0rigin7. 5 軟件及公式C 二 Q/(A VX S)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得未電剝離的石墨棒棒比電容為83. 9F/ m2，電剝離石墨棒納米片的比電容為3670 F/m2，TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的比電容為8490F/m2。TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的比電容，能量密度和功率密度的計(jì)算公式如下
比容量-.C = Q/(A VX S) Δ V—電位窗口(伏特)； S——電極的工作面積； Q——為循環(huán)伏安放電曲線(xiàn)的積分面積(庫(kù)倫) 電量
權(quán)利要求
1.一種TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料，是以電化學(xué)剝離處理的石墨棒納米片作為基底原料，以TiCl3溶液作為電鍍液，通過(guò)恒電位電沉積法于石墨棒納米片基底表面沉積一層厚度為5 15nm、致密均勻的TW2而得。
2.如權(quán)利要求1所述TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法，是先將經(jīng)清洗處理的石墨棒進(jìn)行電化學(xué)剝離處理，得到石墨棒納米片基底；再以濃度為0. Γ0. 4mol/L的 TiCl3溶液作為電鍍液，以石墨棒納米片基底作為工作電極，鉬網(wǎng)作為輔助電極，飽和甘汞電極作為參比電極，在0. 6^1. OV下恒電位電沉積Γ20π η ；電沉積完畢后，用水充分沖洗， 于40°C 60°C下真空干燥，得TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料。
3.如權(quán)利要求2所述TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于所述石墨棒的清洗處理工藝為將石墨棒進(jìn)行打磨處理使其圓面比較平整光滑，用水反復(fù)超聲清洗后置于4飛mol/L的HCl溶液中刻蝕20 60min ；刻蝕完畢后用水、丙酮溶液超聲清洗，真空干燥。
4.如權(quán)利要求2所述TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于所述石墨棒為天然石墨棒、人工石墨棒、高溫裂解石墨棒。
5.如權(quán)利要求2所述TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于所述石墨棒的電化學(xué)剝離處理工藝為將經(jīng)清洗的石墨棒置于0. 0Γ0. 05mol/L陰離子表面活性劑的水溶液中，控制電壓在2、V，于20°C 35°C下處理101 ，洗滌，得到石墨棒納米片基底。
6.如權(quán)利要求5所述TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于所述陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，十六烷基磺酸鈉。
7.如權(quán)利要求1所述TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料作為超級(jí)電容器電極。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明以電化學(xué)剝離的石墨棒納米片作為基底原料，以TiCl3溶液作為電鍍液，通過(guò)恒電位電沉積法于石墨棒納米片基底表面沉積一層致密均勻的TiO2而得。本發(fā)明制備的TiO2/石墨棒納米片復(fù)合電極材料具有很高的能量密度和功率密度，兼具石墨棒納米片產(chǎn)生雙電層電容與TiO2產(chǎn)生贗電容儲(chǔ)能的特點(diǎn)，顯示出很高的電化學(xué)電容行為，因此，可直接用于制作超級(jí)電容器電極。同時(shí)該復(fù)合材料顯示出優(yōu)良的倍率性能和較好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有很高的安全性能；此外，該復(fù)合材料還具有對(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、制備工藝簡(jiǎn)便、成本低廉、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102509638SQ20111038084
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者吳紅英, 張亞軍, 徐歡, 李麗, 李志敏, 胡中愛(ài), 胡英瑛, 魯愛(ài)蓮 申請(qǐng)人:西北師范大學(xué)