[發明專利]復合石墨烯薄膜、高能量超級電容器和智能柔性器件

有效

• 申請號: 201910022830.7
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109755027B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 李峰;李莊男;成會明;郭正曉;孫振華
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/36;H01G11/86;H01G11/12;H01G11/26
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

1.一種復合石墨烯薄膜，其特征在于：該復合石墨烯薄膜的制備過程為：將氧化石墨與熱膨脹還原石墨烯以一定比例加入水中，通過超聲分散得到均勻的懸浮液；然后將均勻的懸浮液進行真空抽濾得到薄膜并晾干；晾干后的薄膜進行碘化氫蒸汽還原提升其導電性后，即獲得所述復合石墨烯薄膜；所述復合石墨烯薄膜中，熱膨脹還原石墨烯的含量為40-60wt.％。

2.根據權利要求1所述的復合石墨烯薄膜，其特征在于：該復合石墨烯薄膜的厚度為10-200微米之間。

3.一種含有權利要求2所述復合石墨烯薄膜的高能量超級電容器，其特征在于：以復合石墨烯薄膜直接作為工作電極，按照以下兩種方式組裝成高能量超級電容器；

第一種方式為：按照電極-隔膜-電極的順序裝配，并注入離子液體作為電解液，組裝成高能量密度的超級電容器；

第二種方式為：無需使用隔膜，采用固態電解質，按照電極-固態電解質-電極的順序組裝，隨后用封裝材料封裝，即制成具有高電位窗口的全固態柔性超級電容器；其中：所述固態電解質是指以離子液體為導電介質、以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物為基體的凝膠態電解質；

第一種方式和第二種方式中，所述復合石墨烯薄膜中的石墨烯片層間距與所使用電解液的離子尺寸相匹配。

4.根據權利要求3所述的高能量超級電容器，其特征在于：所述隔膜為三層結構的聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯復合隔膜、單層聚丙烯膜、單層聚乙烯膜、玻璃纖維隔膜或纖維素隔膜。

5.根據權利要求3所述的高能量超級電容器，其特征在于：所述封裝材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇縮丁醛樹脂。

6.根據權利要求3所述的高能量超級電容器，其特征在于：第二種方式所組裝的具有高電位窗口的全固態柔性超級電容器可實現0-180°任意角度的彎折。

7.根據權利要求3所述的高能量超級電容器，其特征在于：所述離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑啉雙(三氟甲基磺酰基)亞胺、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)酰亞胺。

8.一種利用權利要求2所述復合石墨烯薄膜構建的智能柔性器件，其特征在于：以復合石墨烯薄膜直接作為工作電極，采用固態電解質，組裝成電極-固態電解質-電極的結構；將所述電極-固態電解質-電極的結構作為一個單元，通過堆疊多個單元而后再用封裝材料進行封裝，獲得具備輸出可調控的全固態智能柔性電容器件。

9.根據權利要求8所述的智能柔性器件，其特征在于：所述固態電解質是指以離子液體為導電介質、以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物為基體的凝膠態電解質,所述復合石墨烯薄膜具有與所使用的離子液體相匹配的孔隙結構。

10.根據權利要求8所述的智能柔性器件，其特征在于：所制成的全固態智能電容器件可根據連接方式的不同以實現不同的輸出需求，即當外電路以串聯方式連接兩個結構單元時，可達到增加電位窗口的輸出目的；當外電路以并聯方式連接兩個結構單元時，可達到增加容量的輸出目的。