一種石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于材料科學和電化學領域，尤其涉及一種石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器作為一類新型儲能器件，具有功率密度高、循環壽命長、充放電時間短、無污染、免維護等優異特性，成為新能源材料領域的研宄熱點。目前，商品化的超級電容器大多屬于雙電層電容器，采用碳材料作電極，其特點是瞬間大電流放電的功率特性好，但存儲電荷能力弱，能量密度小，限制了超級電容器的規模化應用。與碳材料相比，金屬氧化物電化學電容器的能量密度可提高10?100倍，適合在電動汽車等有大容量要求的場合應用。金屬氧化物電極材料中研宄最成功的是二氧化釕，但釕的價格很高，難以實現產業化。為了降低成本，用廉價的過渡金屬氧化物取代二氧化釕成為國內外的研發熱點。其中，五氧化二釩資源豐富，價格便宜，并且容易發生氧化還原反應形成多種氧化態的層狀結構釩氧化物，非常適合離子的嵌入和脫出，用作電極材料時比容量大，可逆性好，在超級電容器電極方面具有廣泛的應用前景。但是，五氧化二釩電導率不高，離子傳輸效率和功率特性與碳材料相比較低，電化學性能有待進一步提高。
[0003]為了進一步提高五氧化二釩電極材料的性能，制備納米結構五氧化二釩和碳的復合材料被證明是一個有效途徑。一方面，碳材料比表面積大，電導率高，能夠提高離子傳輸效率和功率特性。另一方面，納米結構五氧化二釩能夠縮短電子和離子的傳輸擴散通道，提高與電解液離子的接觸面積，使材料在高電流密度下具有較高的充放電速度。在各種形貌的納米結構五氧化二釩中，一維納米線擴散通道短、比表面積大，因而備受關注。常用來與五氧化二銀納米線復合的碳材料主要包括活性炭、碳納米管、石墨稀等。其中，石墨稀是一種新興的碳材料，具有極強導電性、超高強度和超大比表面積，近年來引起了研宄人員的廣泛關注。
[0004]例如，申請號為201110107696.4的中國發明專利公開了一種超長單晶五氧化二釩納米線/石墨烯復合材料的制備方法，首先將釩氧化物粉末溶解在去離子水中，形成溶液，再在機械攪拌下向上述溶液中加入氧化劑過氧化氫，室溫持續攪拌2?4h ;同時，將片狀石墨溶解在去離子水中，再在機械攪拌下向上述溶液中加入氧化劑過氧化氫超聲降解4?15h ;然后，將上述兩種溶液混合放入高壓釜，180?220°C下保持2?8天；最后，經洗滌、干燥，在空氣氣氛中400°C?450°C退火處理后得到超長單晶五氧化二釩納米線/石墨烯復合材料。該方法的缺點是反應時間較長，溫度較高，并且需要在高溫下退火處理，因此能耗較高。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述現有技術存在的不足，提供一種以偏釩酸鹽、氧化石墨烯為主要原料制備石墨稀基五氧化二銀納米線超級電容電極材料的方法，該方法反應時間較短，反應溫度較低，工藝簡單，成本低廉。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料的制備方法，步驟如下:
[0007](I)在2500?3500份的去離子水中加入I?10份的氧化石墨烯，超聲振蕩10?30min，得到穩定的氧化石墨稀分散液；
[0008](2)向步驟(I)的氧化石墨烯分散液中加入20?35份的偏釩酸鹽、35?60份的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物ΡΕ02(ΓΡΡ07(ΓΡΕ02(ι、120?180份的2mol/L無機酸，在室溫下攪拌0.2?5h ;
[0009](3)將步驟(2)的混合液轉入高壓反應釜，置于烘箱中在恒定溫度下進行水熱反應，反應結束得到的產物用去離子水洗滌3?5次，得到氧化石墨烯基五氧化二釩納米線復合材料；
[0010](4)將步驟(3)的氧化石墨烯基五氧化二釩納米線復合材料分散在100?1000份的去離子水中，加入I?20份的還原劑，攪拌均勻，然后進行升溫，將氧化石墨烯還原為石墨稀，用去離子水洗滌3?5次，得到石墨稀基五氧化二I凡納米線超級電容電極材料；
[0011]上述份數均指重量份數。
[0012]本發明的有益效果是:
[0013]1、本發明的反應時間較短，反應溫度和能耗較低，工藝簡單，成本低廉，適合規模化生產。
[0014]2、本發明制備的石墨稀基五氧化一■ I凡納米線復合材料綜合了石墨稀電導率尚、比表面積大、功率特性好以及五氧化二釩納米線能量密度高的優點，電化學性能優異，有望用作新型超級電容電極材料。
[0015]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0016]進一步，步驟(2)中所述的偏釩酸鹽為偏釩酸銨、偏釩酸鈉或偏釩酸鉀。
[0017]進一步，步驟(2)中所述的無機酸為鹽酸或硝酸。
[0018]進一步，步驟(3)中所述的恒定溫度為100?160°C。
[0019]進一步，步驟⑶中所述的水熱反應時間為I?2天。
[0020]進一步，步驟(4)中所述的還原劑為水合肼、二甲基肼、硼氫化鈉或氫化鋁鋰。
[0021]進一步，步驟⑷中升溫至50?90°C。
[0022]進一步，步驟(4)中所述的還原時間為2?5h。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例3制備的石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料的掃描電鏡照片；
[0024]圖2是以本發明實施例3制備的石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料為負極、碳纖維為正極、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的乙腈溶液為電解液，在不同掃描速率下測得的循環伏安曲線；
[0025]圖3是以本發明實施例3制備的石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料為負極、碳纖維為正極、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的乙腈溶液為電解液，在不同電流密度下測得的放電曲線。
【具體實施方式】
[0026]以下結合實例對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0027]實施例1
[0028]一種石墨烯基五氧化二釩納米線超級電容電極材料的制備方法，步驟如下:
[0029](I)在2500重量份的去離子水中加入3重量份的氧化石墨烯，超聲振蕩20min，得到穩定的氧化石墨烯分散液；
[0030](2)向步驟(I)的氧化石墨烯分散液中加入35重量份的偏釩酸鉀、50重量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物PEO2q-PPO7q-PEO2q、150重量份的2mol/L鹽酸，在室溫下攪拌0.5h ；
[0031](3)將步驟(2)的混合液轉入高壓反應釜，置于烘箱中在120°C下加熱反應I天，反應結