[發明專利]一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法

在審

• 申請號: 201611039386.2
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN108074752A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 吳忠帥;孫承林;王森;包信和;鄭雙好;周鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

1.一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)薄膜電極的制備：以氧化石墨烯和光催化劑為原料，在基底上利用多種薄膜電極的制備方法將原料制備成氧化石墨烯、氧化石墨烯/光催化劑復合電極；

(2)光還原氧化石墨烯及圖案化電極結構的刻畫：在薄膜電極上覆蓋上自制的平面化掩模板，利用一定強度的光將暴露于光源下的氧化石墨烯還原出任意構型及尺寸的圖案化石墨烯電極；

(3)集流體的蒸鍍：通過蒸鍍的方法在石墨烯電極的表面鍍上一層集流體；

(4)電解質的涂覆及封裝：取下掩模板，在電極表面涂上合適的電解質，封裝后制備出平面化微型超級電容器。

2.按照權利要求1所述的光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，氧化石墨烯的橫向尺寸為1nm～500μm；具體為：橫向晶粒尺寸≥100μm的大片氧化石墨烯、橫向晶粒尺寸1～10μm的普通氧化石墨烯、橫向晶粒尺寸為100～200nm的納米氧化石墨烯或橫向晶粒尺寸≤10nm的石墨烯量子點。

3.按照權利要求1所述的光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(1)光催化劑包括二氧化鈦、硫化鎘、氧化鎢、磷鎢酸、氮化碳或二硫化鉬。

4.按照權利要求1所述的光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(1)中薄膜電極的厚度為0.01～500μm，氧化石墨烯與光催化劑的質量比為1：0.01～100。

5.按照權利要求1所述的光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(1)中基底為所有非導電性的材料基底，包括聚對苯二甲酸乙二酯、硅片、石英玻璃、各種隔膜、紙張或紡織布品。

6.按照權利要求1所述的光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(1)中多種薄膜電極的制備方法包括過濾轉移法、噴涂法、旋涂法、刮涂法、噴墨打印法或其他。

7.按照權利要求1所述光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，使用的平面化掩模板的構型包括平面交叉指型、同心圓型、平行線型、平行折線型、同心交叉指型及其他，在同一個掩模板上相同構型或不同構型的數目為1～1000個，單個器件掩模板的尺寸為1μm～10cm。

8.按照權利要求1所述的光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，所使用的光源包括紫外燈、氙燈、激光筆、鹵鎢燈或其他；光源的電功率功率為1～500W，光功率密度為1～2000mw cm-2，光照時間為1min～48h；所述紫外燈為低壓汞燈、中壓汞燈或高壓汞燈。

9.按照權利要求1所述光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(3)中，集流體為金、鉑、鎳、銅、鋁或其他導電性的金屬，厚度為5～200nm。

10.按照權利要求1所述光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(4)中，使用的電解質為水系電解質、離子液體電解液或固態電解液；

所述水系電解質為酸性、中性、堿性；

所述離子液體電解液中陽離子主要有咪唑陽離子、吡啶陽離子、哌啶陽離子、吡咯陽離子、吲哚陽離子、季銨陽離子、三烷基硫陽離子及其他；陰離子主要有碘離子、溴離子、氯離子、四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、硝酸根、硫酸氫鹽、三氟甲基磺酰亞胺或其他；

所述固態電解液為：硫酸/聚乙二醇，磷酸/聚乙二醇或氯化鈉/聚乙二醇。

11.按照權利要求1所述光還原法制備石墨烯基平面化微型超級電容器的方法，其特征在于：所述步驟(4)中，封裝材料為聚甲基丙烯酸甲酯和有機玻璃，具體步驟為將PMMA剪裁成合適的尺寸，放置在微型超級電容器的周圍，上下分別蓋兩片有機玻璃片將其密封。