CN103413696B - 一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法，包括：氧化石墨烯分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液；进行磺化反应，获得磺化氧化石墨烯分散液；进行还原处理，获得磺化石墨烯；将磺化石墨烯研磨成磺化石墨烯粉末并分散于去离子水，获得磺化石墨烯分散液；在磺化石墨烯分散液中加入纳米银胶体并超声分散，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液；抽滤纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜。根据本发明的上述实施例的方法制造的柔性电极，具有电导率高、机械性能好、比容量高、质量轻等优点。

Description

一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法
技术领域
本发明涉及电子材料技术领域，尤其是涉及一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法。
背景技术
超级电容器又被称为电化学电容器，是一种介于传统的高功率密度的电容与高能量密度的电池之间的新型电子元器件，具有使用寿命长、充放电时间短、较大能量储存密度、高可靠性等优点，适用于当代社会对于新能源的存储与使用。特别是电动汽车的兴起，更是使超级电容器的对于刹车制动能量回收、以及能对电动车提供高功率的启动速度等优点得到了广泛关注。将超级电容器与锂离子电池结合起来使用，可以达到电动车需要的快速启动、持续航行时间长、能量回收等优点。因此发展具有高比容的超级电容器电极材料，特别是柔性电极的研究成为研究的热点。
优良的超级电容器的电极材料需要具有高电导率、高比容、良好机械性能、和优异的循环稳定性等特性。石墨烯（GN）是一种理想的电极材料，其具有高比表面积（理论值约2675m2/g）,优良的机械性能（理论值约1TPa）等性能，但是由于GN片层之间的非常容易产生团聚堆积，那么由GN片直接组装成的电极材料并不适合应用于超级电容器储能器件。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种制造具有电导率高、机械性能好、比容量高、质量轻等优点的纳米银胶体修饰的柔性电极的方法。
本发明公开的技术方案包括：
提供了一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法，其特征在于，包括：步骤A：将氧化石墨烯分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液；步骤B：在所述氧化石墨烯分散液中加入聚苯乙烯磺酸钠，进行超声磺化反应，获得磺化氧化石墨烯分散液；步骤C：对所述磺化氧化石墨烯分散液进行还原处理，获得磺化石墨烯；步骤D：将所述磺化石墨烯研磨成磺化石墨烯粉末；步骤E：将所述磺化石墨烯粉末分散于去离子水，获得磺化石墨烯分散液；步骤F：在所述磺化石墨烯分散液中加入纳米银胶体并超声分散，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液；步骤G：抽滤所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜，所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜即为纳米银胶体修饰的柔性电极。
本发明的一个实施例中，所述步骤A包括：将所述氧化石墨烯加入去离子水中，并超声分散1至2小时，获得所述氧化石墨烯分散液，并且所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5至10毫克/毫升。
本发明的一个实施例中，所述步骤B包括：一边搅拌一边将聚苯乙烯磺酸钠缓慢加入所述氧化石墨烯分散液中，然后超声1至2小时，获得磺化氧化石墨烯分散液，其中所述聚苯乙烯磺酸钠的质量为所述氧化石墨烯的质量的5至20倍。
本发明的一个实施例中，述步骤C包括：在所述磺化氧化石墨烯分散液中加入水合肼进行还原反应，获得磺化石墨烯，然后清洗并且烘干所述磺化石墨烯，其中所述水合肼与所述氧化石墨烯的质量比为5:1至20:1。
本发明的一个实施例中，所述磺化石墨烯分散液的浓度为0.5至10毫克/毫升。
本发明的一个实施例中，所述步骤F包括：将纳米银胶体加入所述磺化石墨烯分散液中并超声分散2至3小时，其中所述纳米银胶体浓度为0.01至0.1毫克/毫升。
本发明的一个实施例中，所述步骤G包括：用微孔滤膜真空过滤所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，在所述微孔滤膜上形成纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜。
本发明的一个实施例中，所述微孔滤膜为孔径为0.22微米的聚四氟乙烯微孔滤膜。
本发明的一个实施例中，所述步骤G还包括：将形成了所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜的所述微孔滤膜在80至100摄氏度的温度下真空烘干10至12小时，然后去除所述微孔滤膜。
根据本发明的上述实施例的方法制造的柔性电极，具有电导率高、机械性能好、比容量高、质量轻等优点。
附图说明
图1是本发明一个实施例的制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法的流程示意图。
图2是显示根据本发明的实施例的方法制造的三个柔性电极的样品的实测出的参数的图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的实施例的制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法的具体步骤。
本发明的实施例中，一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法的步骤如图1所示，下面将对各个步骤进行详细说明。
步骤10：制备氧化石墨烯分散液。
本发明的实施例中，可以首先将氧化石墨烯（GO）分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液。例如，本发明的实施例中，可以将氧化石墨烯加入去离子水中，然后超声分散1至2小时，使得氧化石墨烯在去离子水中充分分散，从而获得氧化石墨烯分散液。
本发明的实施例中，获得的氧化石墨烯分散液的浓度可以为0.5至10毫克/毫升（mg/ml）。
这里，“超声分散”是指向加入了氧化石墨烯的去离子水中发射超声波使得氧化石墨烯在去离子水中分散。
步骤12：磺化反应获得磺化氧化石墨烯。
获得了氧化石墨烯分散液之后，可以对该氧化石墨烯分散液进行磺化反应，从而获得磺化氧化石墨烯分散液。
例如，一个实施例中，可以是在氧化石墨烯分散液中加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS）进行磺化反应。
本实施例中，可以一边搅拌一边将聚苯乙烯磺酸钠缓慢加入氧化石墨烯分散液中，在聚苯乙烯磺酸钠全部加入氧化石墨烯分散液中之后，超声1至2小时，在这个过程中，氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯被聚苯乙烯磺酸钠磺化，从而获得磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液。这里，加入的聚苯乙烯磺酸钠的质量可以为氧化石墨烯的质量的5至20倍。
这里，“超声1至2小时”是指用超声波照射加入了聚苯乙烯磺酸钠的氧化石墨烯分散液1至2小时。
步骤14：还原反应获得磺化石墨烯。
步骤12中获得了磺化氧化石墨烯分散液之后，步骤14中，可以对磺化氧化石墨烯分散液进行还原处理，使磺化氧化石墨烯分散液中的磺化氧化石墨烯被还原，从而获得磺化石墨烯（PSS-GN）。
例如，一个实施例中，可以在磺化氧化石墨烯分散液中加入水合肼，水合肼使得磺化氧化石墨烯被还原，获得磺化石墨烯，然后将生成的磺化石墨烯进行清洗并且烘干该磺化石墨烯。这里，加入的水合肼与氧化石墨烯的质量比可以为5:1至20:1。
例如，一个实施例中，在上述的磺化氧化石墨烯分散液加入水合肼，在100℃下回流24小时，高速离心以洗去过量的聚苯乙烯磺酸钠及水合肼等杂质，在120℃下真空烘干3~5小时，最后得到磺化石墨烯。
步骤16：制备磺化石墨烯分散液。
获得了磺化石墨烯之后，在步骤16中，将该磺化石墨烯研磨成磺化石墨烯粉末，然后磺化石墨烯粉末分散于去离子水中，从而获得磺化石墨烯分散液。
本发明的实施例中，该磺化石墨烯分散液的浓度可以为0.5至10毫克/毫升（mg/ml）。
步骤18：加入纳米银胶体获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液。
获得磺化石墨烯分散液后，可以在磺化石墨烯分散液中加入纳米银胶体并超声分散，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液。
例如，一个实施例中，可以将纳米银胶体加入磺化石墨烯分散液中并超声分散2至3小时。这里，纳米银胶体浓度可以为0.01至0.1毫克/毫升（mg/ml）。
步骤20：过滤获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜。
获得了纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液之后，步骤20中，可以抽滤该纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜。该纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜即可作为所需要的纳米银胶体修饰的柔性电极。
例如，一个实施例中，可以用微孔滤膜真空过滤前述的纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，从而在该微孔滤膜上形成纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜。
本发明的一个实施例中，这里的微孔滤膜可以为孔径为0.22微米（μm）或者0.45微米（μm）的聚四氟乙烯微孔滤膜。
本发明的实施例中，在微孔滤膜上形成了纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜之后，还可以包括将形成了纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜的这个微孔滤膜在80至100摄氏度的温度下真空烘干10至12小时，然后去除该微孔滤膜，留下的纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜即可作为所需要的柔性电极。
下面详细描述本发明的实施例的几个实例。
实例1：
（1）将100mg氧化石墨烯分散于20ml去离子水中，浓度为5mg/ml，超声分散2h，获得氧化石墨烯分散液；
（2）在上述氧化石墨烯分散液中加入1g聚苯乙烯磺酸钠，超声2h，获得磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液。
（3）在上述的磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液中加入水合肼1g，100℃下回流24h，高速离心以洗去过量的PSS及水合肼等杂质，120℃真空烘干5h，最后得到磺化石墨烯（PSS-GN），并采用球磨罐研磨成粉末。
（4）将磺化氧化石墨烯（PSS-GO）粉末分散于60ml去离子水中，加入3ml纳米银胶体（原液为1mg/ml），超声分散时间为3h，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液。
(5)真空抽滤纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液5ml。并将产物与滤膜在100℃温度下真空烘干12h,然后将薄膜从滤膜上揭下,得到纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜样品1。
实例2：
（1）将100mg氧化石墨烯分散于20ml去离子水中，浓度为5mg/ml，超声分散2h，获得氧化石墨烯（GO）分散液
（2）在上述氧化石墨烯分散液中加入1g聚苯乙烯磺酸钠，超声2h，获得磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液。
（3）在上述的磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液加入水合肼1g，100℃下回流24h，高速离心以洗去过量的PSS及水合肼等杂质，120℃真空烘干5h，最后得到磺化石墨烯（PSS-GN），并采用球磨罐研磨成粉末。
（4）将磺化石墨烯（PSS-GN）粉末分散于60ml去离子水中，加入6ml纳米银胶体（原液为1mg/ml），超声分散时间为3h，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液。
(5)真空抽滤纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液5ml。并将产物与滤膜在100℃温度下真空烘干12h,然后将薄膜从滤膜上揭下,得到纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜样品2。
实例3：
（1）将100mg氧化石墨烯分散于20ml去离子水中，浓度为5mg/ml，超声分散2h，获得氧化石墨烯（GO）分散液
（2）在上述氧化石墨烯分散液中加入1g聚苯乙烯磺酸钠，超声2h，获得磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液。
（3）在上述的磺化氧化石墨烯（PSS-GO）分散液加入水合肼1g，100℃下回流24h，高速离心以洗去过量的PSS及水合肼等杂质，120℃真空烘干5h，最后得到磺化石墨烯（PSS-GN），并采用球磨罐研磨成粉末。
（4）将磺化石墨烯（PSS-GN）粉末分散于60ml去离子水中，加入1ml纳米银胶体（原液为1mg/ml），超声分散时间为3h，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液。
(5)真空抽滤纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液5ml。并将产物与滤膜在100℃温度下真空烘干12h,然后将薄膜从滤膜上揭下,得到纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜样品3。
通过上述实例，获得3种样品，经过测试，这3种样品的参数如图2所示。从图2中可以看出，根据前述方法制造的柔性电极的电导率根据纳米银胶体的增加而增加。
根据本发明的上述实施例的方法制造的柔性电极，具有电导率高、机械性能好、比容量高、质量轻等优点。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (9)

1.一种制造纳米银胶体修饰的柔性电极的方法，其特征在于，包括：
步骤A：将氧化石墨烯分散于去离子水中，获得氧化石墨烯分散液；
步骤B：在所述氧化石墨烯分散液中加入聚苯乙烯磺酸钠，进行超声磺化反应，获得磺化氧化石墨烯分散液；
步骤C：对所述磺化氧化石墨烯分散液进行还原处理，获得磺化石墨烯；
步骤D：将所述磺化石墨烯研磨成磺化石墨烯粉末；
步骤E：将所述磺化石墨烯粉末分散于去离子水，获得磺化石墨烯分散液；
步骤F：在所述磺化石墨烯分散液中加入纳米银胶体并超声分散，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液；
步骤G：抽滤所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，获得纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜，所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜即为纳米银胶体修饰的柔性电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：将所述氧化石墨烯加入去离子水中，并超声分散1至2小时，获得所述氧化石墨烯分散液，并且所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5至10毫克/毫升。
3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括：一边搅拌一边将聚苯乙烯磺酸钠缓慢加入所述氧化石墨烯分散液中，然后超声1至2小时，获得磺化氧化石墨烯分散液，其中所述聚苯乙烯磺酸钠的质量为所述氧化石墨烯的质量的5至20倍。
4.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：在所述磺化氧化石墨烯分散液中加入水合肼进行还原反应，获得磺化石墨烯，然后清洗并且烘干所述磺化石墨烯，其中所述水合肼与所述氧化石墨烯的质量比为5:1至20:1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述磺化石墨烯分散液的浓度为0.5至10毫克/毫升。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤F包括：将纳米银胶体加入所述磺化石墨烯分散液中并超声分散2至3小时，其中所述纳米银胶体浓度为0.01至0.1毫克/毫升。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤G包括：用微孔滤膜真空过滤所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯分散液，在所述微孔滤膜上形成纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述微孔滤膜为孔径为0.22微米或者0.45微米的聚四氟乙烯微孔滤膜。
9.如权利要求7或者8所述的方法，其特征在于，所述步骤G还包括：将形成了所述纳米银胶体修饰的磺化石墨烯薄膜的所述微孔滤膜在80至100摄氏度的温度下真空烘干10至12小时，然后去除所述微孔滤膜。
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