[發(fā)明專利]一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級(jí)電容器的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611039386.2
• 申請(qǐng)日: 2016-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN108074752A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳忠?guī)?/a>;孫承林;王森;包信和;鄭雙好;周鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01G11/84
• 分類號(hào): H01G11/84
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發(fā)明提供一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級(jí)電容器的方法，屬平面化微型超級(jí)電容器的制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法為：(1)以氧化石墨烯和光催化劑為原料，利用多種薄膜電極加工方法將原料制備成薄膜電極；(2)在薄膜電極上覆蓋上自制的掩模板，利用一定強(qiáng)度的光對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原和微電極圖案化的加工；(3)通過蒸鍍的方法在石墨烯電極表面鍍上一層集流體；(4)取下掩模板，在電極表面涂上合適的電解質(zhì)，從而得到高性能、平面化微型超級(jí)電容器。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、便于控制、加工成本低、效率高、可大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛的應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)、微型機(jī)器人、植入式醫(yī)療設(shè)備等微納器件領(lǐng)域，為微納電子設(shè)備的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納器件制造領(lǐng)域，具體為一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級(jí)電容器的方法。

背景技術(shù)

小型化電子設(shè)備(如微機(jī)電系統(tǒng)、微型機(jī)器人、微型植入式醫(yī)療設(shè)備)的快速發(fā)展極大的刺激了對(duì)微型功率源的迫切需求。微型超級(jí)電容器由于具有較高的功率密度、能量密度、優(yōu)異的循環(huán)性能，逐漸成為一類新興的芯片儲(chǔ)能器件。目前，通過研究電極材料、篩選匹配的電解質(zhì)以及對(duì)薄膜電極的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，微型超級(jí)電容器的研究及發(fā)展已經(jīng)取得了極大進(jìn)步。然而，在提高微型超級(jí)電容器的電化學(xué)性能、精簡(jiǎn)微構(gòu)型加工工藝的同時(shí)，對(duì)微型超級(jí)電容器進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)仍然難以實(shí)現(xiàn)。

平面微型超級(jí)電容器具有離子傳輸距離極短、易于與小型化的電子設(shè)備集成的優(yōu)點(diǎn)。石墨烯由于具有高理論比表面積(2630m2g-1)，高理論電比容量(550F g-1)，高導(dǎo)電性，使其成為一種非常理想的平面型微型超級(jí)電容器的電極材料。石墨烯基平面微型超級(jí)電容器充分的利用了石墨烯與平面構(gòu)型的優(yōu)勢(shì)，使整個(gè)器件更薄、體積更小。在大規(guī)模制備石墨烯基微型超級(jí)電容器的過程中，對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪€原和對(duì)微電極進(jìn)行精準(zhǔn)的加工是至關(guān)重要的。目前，應(yīng)用于微型超級(jí)電容器的還原氧化石墨烯制備的方法主要為化學(xué)還原和熱還原法。化學(xué)還原法需要使用有毒的化學(xué)試劑(如水合肼)，而熱還原法的溫度一般高于800℃，使得該方法與電子設(shè)備的制備過程不兼容。微電極的加工方法包括傳統(tǒng)的光刻法、電化學(xué)沉積和等離子體刻蝕，這些方法制備工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高，耗時(shí)長(zhǎng)，不可控，而且很難制備出形狀復(fù)雜、尺寸分辨率高的微型超級(jí)電容，因此嚴(yán)重的阻礙了其走向?qū)嶋H應(yīng)用。因此，尋找一種低成本、高效率、易于操作、精準(zhǔn)可控微型超級(jí)電容器的宏量制備技術(shù)的發(fā)明對(duì)于石墨烯基微型超級(jí)電容器實(shí)際應(yīng)用具有重要的戰(zhàn)略意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級(jí)電容器的方法。該方法具有低成本、效率高、易于操作、可控性好等優(yōu)點(diǎn)，因此可作為一種大規(guī)模制備微型超級(jí)電容器的理想方法。

一種光還原法制備石墨烯基平面化微型超級(jí)電容器的方法，該方法主要包括以下步驟：

(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電極；

(2)光還原氧化石墨烯及圖案化電極結(jié)構(gòu)的刻畫：在薄膜電極上覆蓋上自制的掩模板，利用一定強(qiáng)度的光將暴露于光源下的氧化石墨烯還原為石墨烯；

(3)集流體的蒸鍍：再通過蒸鍍的方法在石墨烯電極的表面鍍上一層集流體；

(4)集流體的蒸鍍：取下掩模板，在電極表面涂上合適的電解質(zhì)，封裝從而得到高性能的平面微型超級(jí)電容器。

本發(fā)明中，為了制備高性能的微型超級(jí)電容器，所采用的原料為不同尺寸的氧化石墨烯，橫向尺寸大小為1nm～500μm。包括大片氧化石墨烯(橫向晶粒尺寸≥100μm)、普通氧化石墨烯(橫向晶粒尺寸1～10μm)、納米氧化石墨烯(橫向晶粒尺寸100～200nm)、及石墨烯量子點(diǎn)(橫向晶粒尺寸≤10nm)。