技术领域
[0001] 本实用新型涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种活化海绵。
相关背景技术
[0002] 电能存储技术通常分为两类，物理能存储技术和化学能存储。化学储能技术可以进一步分为电池技术和超级电容器技术。超级电容器具有两个导电表面，并且能量存储在这些表面上，这些导电表面充当超级电容器的电极。
[0003] 超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的新型储能元件，架起了电池和传统电容器之间的桥梁。超级电容器的高功率密度弥补了电池功率不足的劣势，并且兼具传统电容器的超长循环寿命的特点。超级电容器作为储能设备因其功率密度相对较高，充放电速快和突出的循环稳定性而备受新能源行业的关注。不同种类的电极材料都有公司研究关注。现今，超级电容器的出现已经超过50年，在便携多媒体设备，可再生能源，航空航天系统，运输系统和大规模工业设备中展示出很大的应用潜力并慢慢开始改变人类的生活，已经成为世界各国新型能源储存领域的研究热点之一。
[0004] 碳材料很早就被广泛用于商业超级电容器。作为一种常用于超级电容器电极的材料，活性炭在比表面积，电导率，和化学稳定性方面均有良好的性能。由单层sp2碳原子组成的石墨烯比常规碳材料具有更大的电导率。文献研究表明，单层石墨烯的比电容为20μF/2 2
cm，理论比电容为550F/g，具有极高的比表面积(2630m/g)，石墨烯电极的层状结构也为电解质离子的迁移和扩散提供了丰富的可及通道。在理想状态下，单层石墨烯还具有非常高的断裂强度。石墨烯是一种有前途的超级电容器电极材料。近数十年，已经有不少石墨烯超级电容器电极的研究。在制备石墨烯电极材料时，一般先采用化学氧化法获得氧化石墨烯(GO)，然后通过还原处理GO产生还原的氧化石墨烯(rGO)。还原处理去除GO含氧官能团的过程降低了GO/rGO片之间的库仑排斥力。因为GO和rGO由单层的sp2杂化键组成，GO/rGO片还可以通过π‑π相互作用重新堆积在一起。这些因素会导致rGO片的重新堆积和团聚现象，严重降低rGO片的可触及表面积，导电率和比电容。因此，如何最大程度地减少GO片和rGO片的堆积和团聚对于制造高性能石墨烯超级电容器至关重要。
[0005] 所以超级电容器现在的发展任然受困于能量密度不高的问题，且倍率性能依然低于电池。因此，发展高能量密度和高倍率性能的超级电容器对改善人类生活和推动能源领域的发展具有重要意义。例如碳材料、金属氧化物和导电聚合物等都拥有优越的氧化还原活性、储量大、成本低等特性。然而都存在倍率性能差，比电容低、充放电性能差等问题。实用新型内容
[0006] 为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种活化海绵，利用三维孔结构的海绵层来作为石墨烯的载体骨架，能防止石墨烯的重新堆积以及提高活化海绵的比电容，适用于制备超级电容器的电极材料。
[0007] 本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
[0008] 一种活化海绵，包括由上到下依次复合的第一二维材料层、第一氧化石墨烯层、中间层、第二氧化石墨烯层和第二二维材料层；其中，中间层为具有三维多孔结构的海绵层。
[0009] 进一步，所述第一二维材料层的结构和第二二维材料层的结构相同。
[0010] 再进一步，所述第一二维材料层和第二二维材料层均为氢氧化钾层。
[0011] 进一步，所述第一氧化石墨烯层和第二氧化石墨烯层的厚度相同。
[0012] 再进一步，所述第一氧化石墨烯层和第二氧化石墨烯层均为盐酸多巴胺氧化石墨烯水凝胶层。
[0013] 进一步，所述中间层为三聚氰胺海绵层。
[0014] 再进一步，所述中间层的厚度为2～4cm。
[0015] 进一步，所述第一二维材料层和第二二维材料层的厚度均为1～10nm。
[0016] 再进一步，所述第一氧化石墨烯层和第二氧化石墨烯层的厚度均为1～10nm。
[0017] 相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
[0018] (1)本实用新型以具有三维多孔结构的海绵层作为氧化石墨烯的载体骨架，使得活化海绵具有高电导率，出色的机械强度和良好的可压缩弹性的特性；在中间层与第一氧化石墨烯层与第二氧化石墨烯层复合后，再复合第一二维材料层和第二二维材料层，该活化海绵具有良好的传荷阻抗、较大的比表面积和比电容；将本实用新型的活化海绵作为电极材料制备得到的超级电容器具有良好的双层电容行为和循环可逆性能。
[0019] (2)本实用新型所用的第一氧化石墨烯层和第二氧化石墨烯层是盐酸多巴胺与氧化石墨烯形成稳定的水凝胶，使氧化石墨烯分散并固定在富氮三维多孔的预处理海绵的孔结构中；盐酸多巴胺还可以通过静电力使氧化石墨烯交联并在氧化石墨烯和预处理海绵之间形成共价键，从而使氧化石墨烯之间彼此间隔并限制氧化石墨烯的重新堆积和团聚。
[0020] (3)本实用新型所用的的第一二维材料层和第二二维材料层均为氢氧化钾，能增加活化海绵本体的介孔/微孔的数量，提升材料的比表面积和电化学性能。
具体实施方式
[0025] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0026] 如图1所示，一种活化海绵，包括由上到下依次复合的第一二维材料层1、第一氧化石墨烯层2、中间层3、第二氧化石墨烯层4和第二二维材料层5；其中，中间层3为具有三维多孔结构的海绵层。其中，所述第一二维材料层1和第二二维材料层5均为氢氧化钾层。所述第一氧化石墨烯层2和第二氧化石墨烯层4均为盐酸多巴胺氧化石墨烯水凝胶层。所述中间层3为三聚氰胺海绵层，具体为甲醛‑三聚氰胺‑亚硫酸氢钠共聚物海绵层。
[0027] 所述中间层3的厚度为2～4cm。所述第一二维材料层1和第二二维材料层5的厚度均为1～10nm。所述第一氧化石墨烯层2和第二氧化石墨烯层4的厚度均为1～10nm。
[0028] 如图2所示，将煅烧后的三聚氰胺海绵层作为氧化石墨烯(GO)的载体骨架，该中间层3为富氮三维多孔碳海绵，其具有高电导率，出色的机械强度和良好的可压缩弹性的特性。此外，中间层3(三聚氰胺海绵层)由于掺杂了氮元素可以改善碳骨架的亲水性，从而促进电解质的迁移和扩散。所以说富氮三维多孔碳海绵(三聚氰胺海绵层)是氧化石墨烯的理想载体骨架。
[0029] 盐酸多巴胺是多巴胺(DA)的盐酸盐，能增加多巴胺的溶解性和稳定性。多巴胺是一种仿生粘合剂，可将第一氧化石墨烯层2和第二氧化石墨烯层4分散并固定在中间层3(富氮三维多孔的三聚氰胺碳海绵)的孔结构中。将盐酸多巴胺和氧化石墨烯片溶解于去离子水，将三聚氰胺海绵浸入该溶液，在稳定条件下加热至约60℃时，盐酸多巴胺和氧化石墨烯可形成稳定的黑色水凝胶，使氧化石墨烯片锚固并分散到三维孔结构中。盐酸多巴胺分子还可以通过静电力使氧化石墨烯片交联并在这氧化石墨烯片和预处理海绵之间形成共价键。
[0030] 如图3所示，设置的盐酸多巴胺氧化石墨烯水凝胶层使氧化石墨烯片彼此间隔开并限制氧化石墨烯片的重新堆积和团聚。水凝胶中的多巴胺化学成分类似于贻贝分泌的粘合材料，使氧化石墨烯片粘附在骨架的表面。多巴胺也可以部分还原氧化石墨烯片。为了进一步将氧化石墨烯片(GO)还原为还原氧化石墨烯(rGO)，并将多巴胺/聚多巴胺(PDA)转化为氮掺杂的石墨烯，在600～900℃下对负载GO的海绵进行碳化，优选800℃。通过这样的加载过程可将高密度的石墨烯/类石墨烯材料附着在三维富氮多孔碳海绵的骨架上，并最大程度地减少还原氧化石墨烯(rGO)的堆积。
[0031] 最后，复合两个氢氧化钾层并高温煅烧活化材料以增加介孔/微孔，提升材料的比表面积和电化学性能。
[0032] 上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
