[發(fā)明專利]電極結(jié)構(gòu)及其制備方法、石墨烯超級電容器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710645370.4
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107610937A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪際軍
• 申請（專利權(quán)）人: 全普光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/52;H01G11/56;H01G11/70;H01G11/84;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種超級電容器的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

石墨烯薄膜；

位于石墨烯薄膜表面的由納米球構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層；

位于第一半導(dǎo)體層上的第二半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體層由納米線構(gòu)成，且每個納米球上均至少有一根納米線與之垂直接觸；

位于第二半導(dǎo)體層上的第三半導(dǎo)體層，第三半導(dǎo)體層由納米花構(gòu)成，且每根納米線上均至少有一顆納米花與之接觸；

在整個石墨烯薄膜表面上設(shè)置固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)滲透于第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層的間隙中，且將第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層和第三半導(dǎo)體層包裹住，固態(tài)電解質(zhì)的頂部高于第三半導(dǎo)體層的頂部。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層的納米球是空心球。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空心球為半空心球，半空心球的直徑面位于石墨烯薄膜表面，半空心球的球面朝上設(shè)置，使得半空心球與石墨烯薄膜之間形成封閉空腔。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，空心球的內(nèi)徑為

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體層的納米線垂直生長于所述空心球頂部的頂點(diǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米線的高度為1～10nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米花為從根部向外輻射開的納米棒構(gòu)成，所述納米花的根部生長于所述納米線的頂部。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米花的寬度為5～10nm，高度不大于10nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述石墨烯薄膜的底部還設(shè)置有集流體層，所述石墨烯薄膜的圖案與集流體層的圖案相同。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層的材料為過渡族金屬氧化物。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米球的高度小于或等于所述納米線的高度，所述納米花的高度小于或等于所述納米線的高度，所述納米花的寬度小于或等于納米線的直徑，所述納米花的寬度小于或等于納米球的直徑。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)頂部具有多個凸起。

13.一種權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：

步驟01：制備具有襯底的石墨烯薄膜；

步驟02：在石墨烯薄膜表面合成納米球，從而構(gòu)成第一半導(dǎo)體層；

步驟03：在第一半導(dǎo)體層中填充第一電解質(zhì)流體，并經(jīng)凝固形成第一固態(tài)電解質(zhì)；其中，第一固態(tài)電解質(zhì)的頂部低于納米球的頂部，使得納米球的頂部暴露出來；

步驟04：在暴露出的納米球頂部外延生長出納米線，從而構(gòu)成第二半導(dǎo)體層；

步驟05：在納米線中填充第二電解質(zhì)流體，并經(jīng)凝固形成第二固態(tài)電解質(zhì)；其中，第二固態(tài)電解質(zhì)的頂部低于納米線的頂部，使得納米線的頂部暴露出來；

步驟06：在暴露出的納米線的頂部外延生長出納米花，從而構(gòu)成第三半導(dǎo)體層；

步驟07：在納米花中填充第三電解質(zhì)流體，并經(jīng)凝固形成第三固態(tài)電解質(zhì)；其中，第三固態(tài)電解質(zhì)的頂部高于納米花的頂部。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟02中，采用水熱法、溶劑熱法、無機(jī)模板法來合成納米球。