本發(fā)明屬于電極材料制備，具體為一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料及其制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、隨著社會(huì)的發(fā)展，全球?qū)τ谀茉吹男枨笕找嬖黾樱茉磳?duì)我們的生活水平以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響，穩(wěn)定的能源供應(yīng)是現(xiàn)代社會(huì)取得成功的關(guān)鍵要素，這一領(lǐng)域研究的快速發(fā)展，正是為了滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)新型、低成本、環(huán)保且能高效轉(zhuǎn)換儲(chǔ)能的迫切需求，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，同時(shí)解決愈發(fā)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。
2、目前，針對(duì)各種儲(chǔ)能材料和方法，科研人員展開(kāi)了大量研究，超級(jí)電容器(scs)作為一種儲(chǔ)能技術(shù)，是電池儲(chǔ)能的有效替代方案，與電池不同，超級(jí)電容器(scs)在使用前無(wú)需充電，并且能夠處理更高的功率水平，相比電池具有更高的效率，如今，多數(shù)先進(jìn)的可充電儲(chǔ)能行業(yè)致力于設(shè)計(jì)和制造具有高適應(yīng)性、高能量和功率密度，以及低單位存儲(chǔ)容量成本的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，傳統(tǒng)電池多以鋰離子電池(li?b)為基礎(chǔ)，基于上述優(yōu)勢(shì)，超級(jí)電容器(scs)被視作常規(guī)li?b的潛在替代選擇，此外，電池還存在諸多限制因素，比如在寒冷的環(huán)境溫度下，或者充放電周期較短時(shí)，電池的輸出會(huì)大幅下降，而且，電池的管理成本較高，且使用壽命有限，通常來(lái)講，超級(jí)電容器(scs)的電化學(xué)性能在很大程度上取決于電極材料的性能，在眾多電極材料中，活性炭(ac)、碳納米管以及石墨烯材料作為典型的碳材料，受到了眾多研究人員的廣泛關(guān)注與深入研究，常被用作scs的電極材料，在各類(lèi)碳材料里，石墨烯材料尤其引人注目，其一，石墨烯材料具備出色的電子遷移率，這一特性在充電和放電過(guò)程中能夠極大地促進(jìn)電子的傳播，進(jìn)而顯著提升了scs的電化學(xué)性能；其二，從理論層面來(lái)看，石墨烯材料雙電層電容的比表面積(ssa)較大，且理論值頗高，這意味著它在scs領(lǐng)域具有巨大的潛力，同時(shí)，其原材料石墨資源儲(chǔ)量豐富，能夠以較低成本實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備，不僅如此，石墨烯材料還擁有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性，這些特性為scs儲(chǔ)能系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障，但是，目前使用的碳材料通常為粉末狀，需要與粘合劑和導(dǎo)電劑按一定比例混合后涂在集流體上制備超級(jí)電容器電極，然而，粘合劑和導(dǎo)電劑的加入可能會(huì)改變電極材料的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電極材料的有效比表面積減小，影響其電化學(xué)性能，此外，粘合劑在充放電過(guò)程中可能發(fā)生的副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電極材料的穩(wěn)定性降低，因此，本發(fā)明提出一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料及其制備方法及應(yīng)用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料及其制備方法及應(yīng)用，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料，包括導(dǎo)電襯底和石墨烯材料，所述石墨烯材料經(jīng)過(guò)綠色一步水熱反應(yīng)負(fù)載于導(dǎo)電襯底上。
3、優(yōu)選地，所述導(dǎo)電襯底為泡沫鎳、碳布或碳紙中的一種。
4、一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，包括以下步驟：
5、步驟一：先將石墨烯墨水溶于去離子水中稀釋?zhuān)瑪嚢杈鶆虿⒊?，得到均勻分散的稀釋液?/p>
6、步驟二：將芬頓試劑加入到步驟一中得到的稀釋液中，得到混合液；
7、步驟三：再將預(yù)先準(zhǔn)備的導(dǎo)電襯底放入步驟二中得到的混合液中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，之后洗滌干燥，得到自支撐石墨烯電極材料。
8、優(yōu)選地，步驟二中所述芬頓試劑源選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中的一種或多種。
9、優(yōu)選地，步驟二中所述芬頓試劑的鐵離子的含量為0.01％～0.1％(wt)，雙氧水的體積為5～15ml。
10、優(yōu)選地，步驟三中所述水熱反應(yīng)的溫度設(shè)置為140～200℃，時(shí)間設(shè)置為6～12h。
11、優(yōu)選地，步驟三中所述混合液在導(dǎo)電襯底表面進(jìn)行水熱反應(yīng)后所得反應(yīng)產(chǎn)物依次進(jìn)行洗滌、干燥和冷卻處理。
12、優(yōu)選地，所述反應(yīng)產(chǎn)物利用去離子水或乙醇進(jìn)行洗滌，所述反應(yīng)產(chǎn)物在洗滌后采用真空干燥的方式進(jìn)行干燥，設(shè)置干燥溫度為40～70℃，干燥時(shí)間為6～12h。
13、一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的應(yīng)用，所述石墨烯材料作為工作電極應(yīng)用于超級(jí)電容器。
14、本發(fā)明的有益效果如下：
15、通過(guò)利用芬頓反應(yīng)，合成無(wú)粘合劑的石墨烯電極材料，不僅有效避免了傳統(tǒng)制備過(guò)程中強(qiáng)酸的使用，大大減輕了對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念，而且通過(guò)將石墨烯墨水溶于去離子水中稀釋?zhuān)S后與芬頓試劑混合，并在導(dǎo)電襯底表面進(jìn)行水熱反應(yīng)，之后進(jìn)行洗滌干燥，得到自支撐石墨烯電極材料，所得石墨烯電極材料可以顯著提高活性位點(diǎn)的可及性，從而實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)離子的高效傳輸并促進(jìn)電極中電子的轉(zhuǎn)移，具有較高的面積比電容，電化學(xué)性能卓越，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，為推動(dòng)新能源技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了有力的支持。
1.一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料，包括導(dǎo)電襯底和石墨烯材料，其特征在于：所述石墨烯材料經(jīng)過(guò)綠色一步水熱反應(yīng)負(fù)載于導(dǎo)電襯底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料，其特征在于：所述導(dǎo)電襯底為泡沫鎳、碳布或碳紙中的一種。
3.一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，其特征在于：步驟二中所述芬頓試劑源選自氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，其特征在于：步驟二中所述芬頓試劑的鐵離子的含量為0.01％～0.1％(wt)，雙氧水的體積為5～15ml。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，其特征在于：步驟三中所述水熱反應(yīng)的溫度設(shè)置為140～200℃，時(shí)間設(shè)置為6～12h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，其特征在于：步驟三中所述混合液在導(dǎo)電襯底表面進(jìn)行水熱反應(yīng)后所得反應(yīng)產(chǎn)物依次進(jìn)行洗滌、干燥和冷卻處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的制備方法，其特征在于：所述反應(yīng)產(chǎn)物利用去離子水或乙醇進(jìn)行洗滌，所述反應(yīng)產(chǎn)物在洗滌后采用真空干燥的方式進(jìn)行干燥，設(shè)置干燥溫度為40～70℃，干燥時(shí)間為6～12h。
9.一種無(wú)粘結(jié)劑石墨烯電極材料的應(yīng)用，其特征在于：所述石墨烯材料作為工作電極應(yīng)用于超級(jí)電容器。