[發(fā)明專利]石墨烯超級電容器的制備方法、石墨烯超級電容器及儲能系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410344330.2
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104810163B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝立星;馬賀然;邱霄
• 申請（專利權(quán)）人: 納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/22;H01G11/66
• 代理公司: 北京市浩天知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11276
• 代理人: 宋菲,劉云貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子元件領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯超級電容器的制備方法、石墨烯超級電容器及儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，儲能電路中一般采用的儲能器件為超級電容器、鋰電池、鉛酸電池等。且通常將超級電容器作為一級儲能單元，鋰電池作為二級儲能單元。超級電容器在能量儲蓄和釋放過程中具有的獨(dú)特性，不僅體現(xiàn)為高脈沖速率充放電過程，同時還具有高能量及高比功率的優(yōu)點(diǎn)，即充放電時間僅數(shù)十秒，其功率密度與蓄電池相比，高出10～100倍。

由于石墨烯是一種由碳原子按照六邊形進(jìn)行排布并相互連接而成的碳分子，其結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，且具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強(qiáng)度、超大比表面積等特點(diǎn)，使得以石墨烯作為電極材料的超級電容器表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，更適合能量的儲存。

常見的利用石墨烯超級電容器的儲能系統(tǒng)以PCB(印刷電路板)為載體，在PCB上安裝電路元件以及石墨烯超級電容器，石墨烯超級電容器與PCB外部集成，即將制作完成的石墨烯超級電容器安裝在PCB上。

這種外部集成的方式，首先，需要對獨(dú)立的石墨烯超級電容器進(jìn)行二次封裝，即對石墨烯超級電容器進(jìn)行電子元器件封裝，將二次封裝后的石墨烯超級電容器焊接在PCB上，成本較高，并且由于二次封裝導(dǎo)致石墨烯超級電容器占用空間過大，儲能系統(tǒng)的集成度較低，空間利用率低下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種石墨烯超級電容器的制備方法、石墨烯超級電容器及儲能系統(tǒng)，將儲能電路與石墨烯超級電容器直接進(jìn)行內(nèi)部集成，石墨烯超級電容器直接制作在印刷電路板上，節(jié)省了焊接工序，以及封裝成本，提高了儲能系統(tǒng)的集成度。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種石墨烯超級電容器的制備方法，包括：在印刷電路板上制作兩個焊盤作為石墨烯超級電容器的第一集流體襯底和第二集流體襯底；在第一集流體襯底和第二集流體襯底形成的待滴涂區(qū)域內(nèi)滴涂氧化石墨溶液；對氧化石墨溶液干燥成型后形成的氧化石墨薄膜進(jìn)行激光雕刻還原處理，得到圖形化的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極；填充電解液并封裝第一石墨烯電極和第二石墨烯電極，形成石墨烯超級電容器。

可選地，制作兩個平行的預(yù)設(shè)尺寸的焊盤作為石墨烯超級電容器的第一集流體襯底和第二集流體襯底；在第一集流體襯底和第二集流體襯底表面上滴涂氧化石墨溶液；將第一集流體襯底和第二集流體襯底表面上的氧化石墨溶液干燥成型后形成的氧化石墨薄膜激光雕刻還原為平行條狀的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極。

可選地，在印刷電路板上制作兩個具有預(yù)設(shè)的相對位置的焊盤作為石墨烯超級電容器的第一集流體襯底和第二集流體襯底；在第一集流體襯底和第二集流體襯底之間的印刷電路板表面或者第一集流體襯底、第二集流體襯底之間的印刷電路板與第一集流體襯底、第二集流體襯底的部分區(qū)域形成的表面滴涂氧化石墨溶液；將第一集流體襯底和第二集流體襯底之間的氧化石墨溶液干燥成型后形成的氧化石墨薄膜激光雕刻還原為叉指狀的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極。

可選地，方法還包括：在第一集流體襯底和第二集流體襯底形成的待滴涂區(qū)域的周圍設(shè)置采用聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯制作成的模具，其中，聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚甲基丙烯酸甲酯的厚度為0.1mm-1mm。

可選地，方法還包括：揭去聚對苯二甲酸乙二醇酯模具或聚甲基丙烯酸甲酯模具。

可選地，方法還包括：在第一石墨烯電極和第二石墨烯電極的引出側(cè)分別刷涂第一導(dǎo)電銀漆和第二導(dǎo)電銀漆，第一導(dǎo)電銀漆與第一石墨烯電極和第一集流體襯底接觸，第二導(dǎo)電銀漆與第二石墨烯電極和第二集流體襯底接觸。

可選地，將制作有第一石墨烯電極和第二石墨烯電極的印刷電路板放入手套箱中，向第一石墨烯電極和第二石墨烯電極區(qū)域填充電解液；將填充有電解液的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極封裝成石墨烯超級電容器。

可選地，電解液為1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體和納米二氧化硅的半固態(tài)混合物，其中，1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體和納米二氧化硅的質(zhì)量比為100∶3。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制作在印刷電路板上的石墨烯超級電容器，包括：制作在印刷電路板上的兩個焊盤，分別作為石墨烯超級電容器的第一集流體襯底和第二集流體襯底；通過激光雕刻還原處理位于第一集流體襯底和第二集流體襯底形成的待滴涂區(qū)域內(nèi)的氧化石墨薄膜制成的圖形化的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極，其中，氧化石墨薄膜由氧化石墨溶液干燥成型后形成；以及，封裝結(jié)構(gòu)，封裝結(jié)構(gòu)將第一石墨烯電極和第二石墨烯電極以及電解液封裝為石墨烯超級電容器。