[發明專利]一種石墨烯導電薄膜及其在電化學電容器中的應用

無效

• 申請號: 201310047489.3
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103077766A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 談述戰;楊有財;劉毅;王德禧
• 申請（專利權）人: 青島中科昊泰新材料科技有限公司
• 主分類號: H01B5/14
• 分類號: H01B5/14;H01B13/00;H01G11/32;C01B31/04;H01M4/02;H01M10/04
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技術領域

本發明涉及一種石墨烯導電薄膜及其在電化學電容器中的應用。

背景技術

石墨烯（graphene)是指碳原子之間呈六角環形排列的一種片狀體，由單原子厚度的SP²雜化碳原子構成，可在二維空間無限延伸，是嚴格意義上的二維材料。2004年，Novoselov等首次用機械剝離法獲得了單層石墨烯由此推翻了人們一直認為二維材料在室溫不能穩定存在這一概念。完美的石墨烯由具有六邊形晶格的單層石墨組成，具有理想的二維晶體結構，比表面積達到2600m²·g^-1。這種特殊的二維晶體結構決定了石墨烯具有許多獨特的性質，例如導熱系數高達5300?W/(m·K)，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000?cm2·V^-1·s^-1，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10^-6?Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于其在電子工業領域潛在的應用價值，近年來引起了科學界廣泛的關注，對其研究正掀起一股熱潮。

隨著氣候變化和化石燃料使用殆盡，當今世界正將視線轉移到持續可再生資源上。從低CO₂排放的電力運輸工具到混合動力運輸工具，再到太陽能、風能，新能源發展前景一片大好。但是考慮到太陽能和風能受時間和條件的限制，能量存儲系統此時起著至關重要的作用。常見的儲能器件包括電池和超級電容器。鋰離子電池存在難以克服的缺點，例如較低的功率密度和較長的充放電時間，而超級電容器恰好克服了這一缺陷。超級電容器，又被稱為電化學電容器。它可以在數秒中內完成充放電過程，將來有望在儲能領域補充或者代替鋰離子電池，例如作為無干擾功率供應設備、保護器件等。超級電容器填補了電池和傳統固態電容器間的鴻溝。同時，超級電容器被認為是具有環境友好性、無污染和免維修等特點，成為當今世界新能源研究的熱點和焦點。

碳材料是最早也是目前研究和應用最為廣泛的超級電容器電極材料之一，目前對超級電容器的研究主要集中在開發具備高容量和能量密度及低價的材料等方面。石墨烯的發現促使人們開始探究其在超級電容器中應用的可能性。特別是通過氧化石墨烯制備的石墨烯成本低廉，且可以量產，為其發展前景注入了一劑興奮劑。

氧化還原法是最常用可以實現大規模制備石墨烯的方法。制備氧化石墨的方法采用美國專利US2798878公布的Hummers法或其改進方法。這種方法是用硫酸和硝酸等強酸對原料石墨進行質子化處理，形成一階石墨層間化合物，然后加入高猛酸鉀等強氧化劑對其進行氧化。對于一般制備的石墨烯，我們希望結構完整，化學穩定性高。但是通過還原制備的二維石墨烯晶體表面呈惰性狀態，片層之間有較強的范德華力，容易產生聚集，并與其它介質的相互作用較弱，極難溶于水及常用的有機溶劑，對它的進一步應用造成了限制。為了充分發揮其優良性質，可以通過引入特定的官能團，對其表面進行修飾，從而擴展其應用領域。

目前，超級電容器電極材料一般采用具有較大比表面積的活性炭，如中國專利02112894.4介紹一種超級電容器用活性炭的處理方法，其特征是用金屬離子Al³⁺、Li⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Ti⁺、Pb²⁺中的任何一種在活性炭表面進行欠電位沉積，為電化學雙層電容器提供法拉第準電容。可以將所述離子溶液的任一種加入超級電容器KOH電解液中，也可以用所述離子溶液的任一種修飾活性炭粉，使其微孔里沉積該種離子。雖然活性碳由于其成本低廉和高比表面積，廣泛使用在超級電容器電極材料中，但是活性炭的導電性和比表面積遠低于石墨烯，用活性炭制備的超級電容器仍不能滿足汽車等對快速充放電的需要。

發明內容

在本發明的目的是為了連續化生產石墨烯導電薄膜，并將其應用于制備具有更高能量密度和功率密度的柔性化學超級電容器。

為了實現以上目的，本發明提出以下技術方案：

一種石墨烯導電薄膜，包括基材和附著在其上的氧化石墨烯，所述石墨烯導電薄膜的制備方法包括以下步驟，

a.將氧化石墨烯水溶液涂覆在基材上，所述水溶液濃度為0.1~5mg/mL，涂覆厚度為10~100μm；

b.將基材上的涂覆液烘干；?

c.重復a和b步驟；