[發明專利]一種基于垂直取向石墨烯的超級電容器電極及其制作方法無效
| 申請號： | 201210051348.4 | 申請日： | 2012-03-01 |
| 公開（公告）號： | CN102568853A | 公開（公告）日： | 2012-07-11 |
| 發明（設計）人： | 薄拯;岑可法;嚴建華;王智化;池涌 | 申請（專利權）人： | 浙江大學 |
| 主分類號： | H01G9/042 | 分類號： | H01G9/042 |
| 代理公司： | 杭州求是專利事務所有限公司 33200 | 代理人： | 張法高 |
| 地址： | 310027 浙*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 垂直 取向 石墨 超級 電容器 電極 及其 制作方法 | ||
技術領域
本發明涉及儲能材料技術領域，尤其涉及一種基于垂直取向石墨烯的超級電容器電極及其制作方法。
背景技術
儲能是能源利用和可持續發展過程中的重要環節，儲能技術的發展是推動新能源規模化發展的關鍵性因素。超級電容器（Supercapacitors）是一種介于傳統電容器和二次電池之間的電化學儲能裝置。嚴格意義上的超級電容器為雙電層電容器，其工作原理是德國物理學家亥姆霍茲（H.?Helmholtz）于1853年提出的界面雙電層理論（Electrochemical?double-layer?capacitance），即通過活性材料和電解液界面上的電荷分離過程產生靜電電容進行儲能。傳統雙電層超級電容器一般采用具有較大比表面積的多孔碳結構作為儲能活性材料，如：活性炭（～1200?m2/g）、炭黑（80～230?m2/g）、碳纖維（～1630?m2/g）、石墨布（～630?m2/g）、碳凝膠（～650?m2/g）等，從而使得活性材料在與電解液的單位接觸界面上可以存儲更多的離子并實現法拉級電容。同時，由于雙電層超級電容器的靜電儲能原理，理論上可以實現比電池高1～2個數量級的充電速度，功率密度是電池的5～20倍，循環充放電次數是電池的100～200倍，體現出大功率快速充電及長循環壽命的潛力。因此，開發出兼具高電容、高功率密度和高能量密度的高性能超級電容器，將有效推動我國新能源規模化發展，潛在的應用領域包括風電光伏產業、智能電網建設和新能源汽車產業等。
超級電容器性能提高的關鍵是儲能活性材料的突破。石墨烯（graphene）是由碳原子按照sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的二維晶體結構，厚度僅為單層碳原子直徑。由于其獨特的二維結構以及優異的晶體品質，石墨烯擁有巨大的比表面積（2630?m2g-1），同時在導電性（電子遷移率20000?cm2V-1s-1）、導熱性（導熱系數5300?Wm-1k-1）、機械力學強度（強度極限42?Nm-1）等方面均表現出非常優異的特性。2004年英國曼徹斯特大學的海姆（Geim?A.）和諾沃肖洛夫（Novoselov?K.）等人首次將石墨烯從石墨中分離出來（Novoselov?KS,?Geim?AK,?et?al.?Science,?2004;?306:?666-669）。基于這種新型納米材料所展現出的優異性能和巨大應用潛力，兩人共同獲得了2010年的諾貝爾物理學獎。石墨烯所擁有的巨大的比表面積（2675?m2/g，目前所有碳材料中最高），使得其具有作為超級電容器電極活性材料進行高效儲能的潛力。研究表明，石墨烯在離子電解液中可以在保持高功率密度（9838?W/kg）和高充電速度（小于2?min）的同時，實現53.1?Wh/kg的能量密度，基本達到金屬氫化物鎳電池的水平；在80?oC工作溫度下的最高能量密度可以達到136?Wh/kg（Liu,?C.?G.,?et?al.?Nano?Lett.?2010,?10,?4863-4868）。理論上來說，如果對石墨烯的巨大比表面積進行充分利用，可以實現～550?F/g的電容。
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