[發(fā)明專利]一種基于絲網印刷的石墨烯柔性超級電容器的制備方法

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• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111261427A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 嵇光晗;趙江;劉盼;張長春
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86;H01G11/36;H01G11/24;H01G11/74
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種基于絲網印刷的石墨烯柔性超級電容器的制備方法，包括如下步驟：使用激光雕刻高分子聚合物聚酰亞胺膜得激光誘導石墨烯粉末；將激光誘導石墨烯粉末、乙炔炭黑和乙基纖維素混合制得激光誘導石墨烯導電油墨；采用絲網印刷技術將石墨烯導電油墨均勻印刷在柔性襯底上后烘干；用導電銀漿將石墨烯電極的電極引腳與銅箔連接并烘干；將凝膠電解質均勻涂覆在激光誘導石墨烯電極上進行封裝，得石墨烯柔性超級電容器。本發(fā)明制備的超級電容器解決了石墨烯電極脫落的現(xiàn)象；避免了石墨烯出現(xiàn)缺陷而導致的部分電性能損失，制備的超級電容器具有良好的電容性；操作簡單、安全環(huán)保、節(jié)能減排、產量豐富。

技術領域

本發(fā)明屬于能量存儲領域，具體涉及一種基于絲網印刷的石墨烯柔性超級電容器的制備方法，尤其涉及一種基于絲網印刷制備激光誘導石墨烯柔性微型超級電容器的方法。

背景技術

隨著各類便攜式和柔性電子設備的出現(xiàn)，需要新的柔性能量存儲系統(tǒng)以適合于這類柔性設備。一種很有應用前景的電子元件微型超級電容器是一類能夠快速充放電且具有高功率密度和長循環(huán)壽命的儲能裝置。石墨烯由于高的比表面積、出色的電導率、極高的機械強度和優(yōu)異的電學性能使其成為柔性微型超級電容器的理想材料。絲網印刷技術可以大面積靈活制備柔性電子，它具有用料少、成本低、圖案設計靈活、工藝簡單等優(yōu)勢，有助于低成本、大面積制備微型超級電容器等柔性電子器件。

目前石墨烯的主要制備方法是還原化學氧化剝離方法制備的氧化石墨烯，這種方法通常采用強酸和強氧化劑容易造成石墨烯缺陷，導致部分電性能的損失，而且容易帶來安全隱患和環(huán)境污染問題。然而采用絲網印刷法制備柔性電子器件，面臨的主要挑戰(zhàn)是發(fā)展可印刷的石墨烯導電油墨。因此，制造價格低廉、靈活、重量輕且環(huán)保的柔性微型超級電容器是一個巨大的挑戰(zhàn)。

英國《自然·通訊》(Nature Communications，2014年第5卷第5714頁)報道了一種激光燒蝕法，利用激光局部高溫的特點，直接在高分子聚合物聚酰亞胺(PI)膜制備圖案性碳基電極，稱之為激光誘導石墨烯(LIG)，然后直接制備成平面型超級電容器。然而，這種方法在PI膜上直接制得的石墨烯電極極易脫落，限制了其應用。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種基于絲網印刷的石墨烯柔性超級電容器的制備方法，所制備的石墨烯柔性超級電容器能夠解決石墨烯電極脫落的現(xiàn)象，且具備柔性以及良好的電容性能。

技術方案：本發(fā)明所采用的技術方案是一種基于絲網印刷的石墨烯柔性超級電容器的制備方法，包括如下步驟：

(1)激光雕刻高分子聚合物聚酰亞胺膜，在聚酰亞胺膜上得到石墨烯薄層，刮下石墨烯薄層并研磨，得激光誘導石墨烯粉末；

(2)將激光誘導石墨烯粉末、乙炔炭黑和乙基纖維素加入到丙酮和雙丙酮醇的混合液中攪拌均勻、離心得激光誘導石墨烯導電油墨；

(3)根據設計需求繪制電極圖案，制備絲網印刷用的絲版；

(4)取激光誘導石墨烯導電油墨置于絲版邊緣，用刮板壓住絲版與柔性襯底，使石墨烯導電油墨均勻印刷在柔性襯底上，將印刷后平面型石墨烯電極烘干；

(5)用導電銀漿將石墨烯電極的電極引腳與銅箔連接，烘干；

(6)將聚乙烯醇與水混合，加熱攪拌至聚乙烯醇顆粒完全融化至凝膠狀態(tài)，滴入濃硫酸，冷卻得凝膠電解質；

(7)將凝膠電解質均勻涂覆在激光誘導石墨烯電極上進行封裝，得石墨烯柔性超級電容器。

優(yōu)選的，步驟(1)中，所述激光雕刻的功率為9～12W，掃描速率為300～450mm/s。

優(yōu)選的，步驟(1)中，所述聚酰亞胺膜的厚度為0.05～0.18mm。

優(yōu)選的，步驟(1)中，所述激光誘導石墨烯粉末為單層或5層以下。