[發(fā)明專利]一種石墨烯基不對稱超級電容器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711139123.3
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107993851B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣曉青;許里奧
• 申請（專利權(quán)）人: 南京師范大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/26;H01G11/52;H01G11/86
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孫斌

本發(fā)明公開了一種石墨烯基不對稱超級電容器及其制備方法，該石墨烯基不對稱超級電容器由陽極、隔膜、陰極依次疊加組裝而成，所述陽極為將陽極活性物質(zhì)氧化石墨烯/聚苯胺復合水溶液滴加到導電玻璃導電面上制成；所述陰極為將陰極活性物質(zhì)石墨烯水凝膠切片后放置在金屬片上，將金屬片粘貼固定在普通玻璃片上制成；所述隔膜為濾紙。本發(fā)明石墨烯基不對稱超級電容器兼具雙層電容器的穩(wěn)定性和贗電容器的高比電容，并且將電位窗口擴大到1.7V，有效提高了能量密度和功率密度，安全，有效；同時該石墨烯基不對稱超級電容的制備方法簡單方便，無污染，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池和超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯基不對稱超級電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

超級電容器，即電化學電容器(ECs)，具有性能穩(wěn)定、循環(huán)壽命長、充放電速度快、經(jīng)濟環(huán)保等特點，比起傳統(tǒng)電容器有更高的能量密度。作為新型儲能裝置，在家庭電子產(chǎn)品、電動汽車、通訊技術(shù)、航空軍事等領(lǐng)域有著廣闊的市場和應用前景。超級電容器主要由陽極、隔膜、陰極、電解液構(gòu)成，其中電極材料的性質(zhì)直接影響了超級電容器的性能。

超級電容器按照其儲能機制可以分為兩類：一是雙電層電容器，主要包括活性炭、碳納米管、石墨烯等碳材料，利用離子的吸脫附來儲存、釋放電荷，因此具有較好的穩(wěn)定性，但是也限制了電容量和能量密度；第二類是法拉第贗電容器，主要包括過渡金屬氧化物、氫氧化物以及導電聚合物，其通過氧化還原反應儲存電荷，因此這些材料的比電容和能量密度有很大的提高，但因為充放電過程中體積變化使得穩(wěn)定性下降。二氧化釕是過渡金屬氧化物中的典型代表，文獻中報道其比電容可到達720F/g，但由高昂成本難以大規(guī)模生產(chǎn)。目前研究的熱點是兼具兩者優(yōu)點的復合型材料，并應用于超級電容器。其中石墨烯因為其高比表面積和高電導率而受到人們關(guān)注，在適當?shù)臈l件下，石墨烯片層間通過π-π相互作用可以自組裝成三維多孔結(jié)構(gòu)的水凝膠，進一步提高電學性能；而在贗電容材料中聚苯胺由于易和成、結(jié)構(gòu)多樣、成本低等優(yōu)點也成為人們研究的熱點。

超級電容器按照陰陽極材料是否相同可以分為對稱和不對稱超級電容器，只要選擇適合的陰陽極材料進行組合，不對稱超級電容器可以有效提高總電位窗口，從而提高能量密度。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，如本發(fā)明提供一種石墨烯基不對稱超級電容器。該石墨烯基不對稱超級電容器穩(wěn)定性好、比電容高，有效提高了能量密度和功率密度，并且安全、環(huán)保、成本低。

本發(fā)明還提供了一種石墨烯基不對稱超級電容器的制備方法。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述目的，如本發(fā)明所述一種石墨烯基不對稱超級電容器，由陽極、隔膜、陰極依次疊加組裝而成，所述陽極為將陽極活性物質(zhì)氧化石墨烯/聚苯胺復合水溶液滴加到導電玻璃導電面上制成；所述陰極為將陰極活性物質(zhì)石墨烯水凝膠切片后放置在金屬片上，將金屬片粘貼固定在普通玻璃片上制成；所述隔膜為濾紙，其中使用濾紙最簡易、成本低。

其中，所述陽極活性物質(zhì)與陰極活性物質(zhì)質(zhì)量之比為1:2-1:5。

所述導電玻璃為摻雜氟的錫氧化物透明導電玻璃(FTO)或銦錫氧化物透明導電玻璃(ITO)。

所述石墨烯水凝膠經(jīng)冷凍干燥測得活性物質(zhì)石墨烯質(zhì)量分數(shù)為2％-4％，即石墨烯質(zhì)量占未冷凍干燥石墨烯水凝膠的質(zhì)量的2％-4％。

作為優(yōu)選，所述金屬片為銅片或者不銹鋼片等耐酸的金屬片。

本發(fā)明所述的石墨烯基不對稱超級電容器的制備方法，包括如下步驟：

(1)將氧化石墨烯分散液與苯胺的鹽酸溶液混合，攪拌，再加入過硫酸銨溶液，冰浴攪拌反應，反應結(jié)束后抽濾，用純水洗滌至濾液為中性或中性偏酸性，超聲分散得到氧化石墨烯/聚苯胺復合水溶液；

(2)將氧化石墨烯分散液加入葡萄糖超聲使其混合均勻后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯套管中，加熱反應后自然冷卻，取出后浸泡在純水中得到石墨烯水凝膠；