專利名稱：TiO₂/石墨棒納米片復合電極材料及其制備和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于復合材料領域，涉及一種TiO2/石墨棒納米片復合電極材料，主要作為超級電容器電極。
背景技術：
電化學電容器(Electrochemical capacitors)也稱超級電容器 (Supercapacitors)，是近年來出現(xiàn)的一種化工新型儲能裝置，也是清潔或綠色能源技術的重要組成部分。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的循環(huán)壽命。此外，電化學電容器還具有對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長、安全性能高等特點?；谏鲜鎏攸c使得超級電容器具有廣闊的應用前景，作為備用電源或獨立電源其在通信工業(yè)、 消費電子、醫(yī)療器械等領域已被廣泛應用，并且其應用領域還在不斷擴大。目前，電化學電容器因其優(yōu)異的性能和廣闊的應用前景，已成為新型化學電源研究領域的熱點之一。根據(jù)儲能機理的不同可將超級電容器分為兩種類型一種是雙電層電容器 (Electric Double Layer Capacitors, EDLC),另一種則被稱為法拉第準電容器(Faraday Pseudocapacitors)。由于金屬氧化物在電極/電解液面處產生的法拉第準電容遠遠大于碳材料產生的雙電層電容，所以對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，良好的電化學性能和化學穩(wěn)定性而被作為一種電化學儲能材料。復合電極材料作為一種新型的超級電容器電極材料，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)點都是單一電極材料所不能具有的。 此外，復合電極材料成本低廉，制備簡便，對環(huán)境無污染，有很好的應用前景。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種TiO2/石墨棒納米片復合電極材料。本發(fā)明的另一目的是提供該TiO2/石墨棒納米片復合電極材料的制備方法。本發(fā)明TiO2/石墨棒納米片復合電極材料，是以電化學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/石墨棒納米片復合電極材料的制備方法，是先將經清洗處理的石墨棒進行電化學剝離處理，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行打磨處理使其圓面比較平整光滑，用高純水反復超聲清洗后置于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剝離處理工藝為將經清洗的石墨棒置于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。下面通過掃描電鏡圖、XRD圖以及電化學工作站CHI660B對本發(fā)明制備的TiO2/石墨棒納米片復合材料的結構及性能作詳細說明。

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，具有均勻的片層結構，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。經電子尺檢測，TW2的厚度為 5^10nmo圖3為未剝落的石墨棒棒、電化學剝離的石墨棒納米片基底及TiO2/石墨棒納米片復合電極材料在0. 5mol/L的Na2SO4溶液中掃描速率為5mv時的循環(huán)伏安曲線圖。從圖3 的顯示表明，通過沉積TiO2顆粒使石墨棒納米片的比電容有了顯著的提高。通過0rigin7. 5 軟件及公式C 二 Q/(A VX S)處理實驗數(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/石墨棒納米片復合電極材料的比電容為8490F/m2。TiO2/石墨棒納米片復合電極材料的比電容，能量密度和功率密度的計算公式如下
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)伏安放電曲線的積分面積(庫倫) 電量
權利要求
1.一種TiO2/石墨棒納米片復合電極材料，是以電化學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.如權利要求1所述TiO2/石墨棒納米片復合電極材料的制備方法，是先將經清洗處理的石墨棒進行電化學剝離處理，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/石墨棒納米片復合電極材料。
3.如權利要求2所述TiO2/石墨棒納米片復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行打磨處理使其圓面比較平整光滑，用水反復超聲清洗后置于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.如權利要求2所述TiO2/石墨棒納米片復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.如權利要求2所述TiO2/石墨棒納米片復合電極材料的制備方法，其特征在于所述石墨棒的電化學剝離處理工藝為將經清洗的石墨棒置于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.如權利要求5所述TiO2/石墨棒納米片復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.如權利要求1所述TiO2/石墨棒納米片復合電極材料作為超級電容器電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TiO2/石墨棒納米片復合電極材料，屬于復合材料領域。本發(fā)明以電化學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生雙電層電容與TiO2產生贗電容儲能的特點，顯示出很高的電化學電容行為，因此，可直接用于制作超級電容器電極。同時該復合材料顯示出優(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，該復合材料還具有對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長、制備工藝簡便、成本低廉、應用廣泛等特點。
文檔編號H01G9/042GK102509638SQ20111038084
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日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, 胡英瑛, 魯愛蓮 申請人:西北師范大學