[發明專利]一種石墨烯基水平結構超級電容器及其制備方法

無效

• 申請號: 201110439799.0
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102522208A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 何大偉;王永生;吳洪鵬;許海騰;富鳴
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/15
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及超級電容器的制備方法，尤其涉及一種新型的石墨烯基水平結構超級電容器的制備方法。

背景技術

超級電容器屬于標準的低碳經濟產品。與二次電池相比，超級電容器具有功率密度高，循環壽命長，充電時間短，可大電流充放電等特點；其中，它的最大優點是：短時間高功率輸出。鑒于其特點，超級電容器能夠廣泛應用于電子產品、新能源交通、新能源發電系統、分布式儲能系統以及電磁脈沖等軍用設備領域。當前，超級電容器被視為一種大功率的物理二次電源，各主要發達國家都把對超級電容器的研究列為國家重點戰略項目。電極材料是超級電容器中最核心的組成元素，目前使用最為廣泛的是碳電極，包括活性碳、碳纖維、碳納米管、碳氣凝膠、玻態碳等碳基材料。石墨烯作為一種新型的碳材料，理論上具有超高的比表面積，特別是在二維方向上表現出良好的傳導特性，是一種理想的電極材料。現階段，對于石墨烯基超級電容器的研究主要局限于傳統的垂直結構器件，這種垂直結構與石墨烯在二維平面上展現出的物化性能不能兼容，因而不利于這種材料性能的充分發揮。

發明內容

本發明所要解決有技術問題是：為了提高超級電容器的各項性能參數，進一步優化石墨烯材料在超級電容器中的應用，本發明提供一種新型的石墨烯基水平結構超級電容器的制備方法，同時形成具有較高容量密度的超級電容器。本發明就是依據石墨烯的結構特點，充分利用其在水平方向上的高傳導特性，構建新型的水平結構超級電容器。

本發明的技術方案：

一種石墨烯基水平結構超級電容器，該水平結構超級電容器是在襯底上順序制作左石墨烯導電薄膜電極、右石墨烯導電薄膜電極、左金屬電極、右金屬電極，左石墨烯導電薄膜電極、右石墨烯導電薄膜電極之間填充固態電解質層。

一種石墨烯基水平結構超級電容器的制備方法，該水平結構超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

步驟一氧化石墨烯薄膜的制備

將氧化石墨烯制成質量濃度為0.01～1％的水分散液；

將該分散液通過滴涂法、垂直沉積法、浸漬提拉法或層層自組裝方法沉積到襯底上，在25℃～100℃下，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；

步驟二石墨烯導電薄膜電極的制備

將上述氧化石墨烯薄膜連同襯底放置在還原環境下進行處理，得到石墨烯薄膜；用刀片在所得到的石墨烯薄膜表面劃上一道深痕，以萬用表測量刀痕兩側處于開路狀態，得到左、右石墨烯導電薄膜電極；

或用刀片在所得到的氧化石墨烯薄膜表面劃上一道深痕，再將氧化石墨烯薄膜連同襯底放置在還原環境下進行處理得到石墨烯薄膜，以萬用表測量刀痕兩側處于開路狀態，得到左、右石墨烯導電薄膜電極；

步驟三金屬電極的制備

以掩模板遮擋左、右石墨烯導電薄膜電極的劃痕及劃痕周邊，在靠近薄膜邊緣地方裸露出一部分；利用真空熱蒸發鍍膜設備在上述石墨烯導電薄膜電極的裸露部分蒸鍍左、右金屬電極；

步驟四水平結構超級電容器的制備

以左、右金屬電極作為超級電容器集電極，左、右石墨烯導電薄膜電極為超級電容器的左、右電極，在左、右石墨烯導電薄膜電極之間填充固態電解質層，制得石墨烯基水平結構超級電容器。

所述的步驟一中，采用垂直沉積法制備氧化石墨烯薄膜時，襯底放置在氧化石墨烯制成質量濃度為0.01～1％的水分散液中，并與水平方向夾角為10°～80°。

所述的步驟二中的石墨烯導電薄膜電極的制備，形成開路所使用的工具、方式不限，劃痕寬度小于2μm。

所述的金屬電極的制備，掩模板上裸露部分的形狀及其所遮擋的劃痕周邊面積不受限制。

步驟一中，氧化石墨烯薄膜的厚度為10～1000nm。

步驟一中，襯底(1)為普通玻璃襯底、石英襯底。

本發明和已有技術相比所具有的有益效果：

本發明擺脫了超級電容器傳統的垂直結構制作思路，設計了一種新型的水平結構方案。同時，這種水平超級電容器從結構上兼容了石墨烯材料的結構特點，最大幅度的利用了石墨烯二維平面的特性。與垂直結構超級電容器相比，這種新型的石墨烯基水平結構超級電容器的容量密度顯著提高。

附圖說明

圖1石墨烯基水平結構超級電容器的示意圖。

圖2石墨烯基水平結構超級電容器的容量曲線。

具體實施方式