[發(fā)明專利]提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器比電容的方法和激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110709662.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN113436912B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅斯達(dá);何梅洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/24;H01G11/36
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器比電容的方法和激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器，屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的方法包括以下步驟：提供激光誘導(dǎo)石墨烯材料；將所述激光誘導(dǎo)石墨烯材料進(jìn)行原位焦耳熱處理，得到焦耳熱處理的激光誘導(dǎo)石墨烯材料，其具有納米級(jí)孔洞；以所述焦耳熱處理的激光誘導(dǎo)石墨烯材料作為電極，組裝得到比電容提高的激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器。本發(fā)明通過對(duì)激光誘導(dǎo)石墨烯材料進(jìn)行原位焦耳熱處理，能夠分解激光誘導(dǎo)石墨烯材料中的無定形碳雜質(zhì)，形成更多的納米級(jí)孔洞，增加了有效的活性表面積，以此能夠有效提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器的比電容；同時(shí)本發(fā)明提供的方法克服了傳統(tǒng)方法操作復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器比電容的方法和激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器。

背景技術(shù)

隨著便攜式手持柔性電子設(shè)備的快速發(fā)展，人們對(duì)高功率、高能量密度、形狀多樣、小型化、易于模塊化和集成化的便攜式儲(chǔ)能裝置的需求日益增加。其中，超級(jí)電容器(SCs)因具有超高的功率密度、超快的充放電速率、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和顯著的安全性，既可以作為柔性電池的補(bǔ)充，也可以作為獨(dú)立的微型電源，近年來受到越來越多的關(guān)注。

石墨烯作為優(yōu)異的電子導(dǎo)體，具有高的比表面積和良好的柔性，在微型超級(jí)電容器中表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。在多種構(gòu)建石墨烯基微型超級(jí)電容器的方法中，激光誘導(dǎo)石墨烯(LIG)技術(shù)價(jià)格低廉、靈活快捷、無需掩模板和復(fù)雜的后續(xù)處理，是一種高效、可快速集成化的加工手段，以LIG作為電極，在SCs制備方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。但是激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器的比電容僅約為4.0mF/cm²(Nature Communication,2014,5,5714)，與其它碳基電容器相當(dāng)，在一定程度上阻礙了其在大功率電容器中的廣泛應(yīng)用。

目前，已經(jīng)有大量研究來提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器的比電容，常見的兩種方法就是雜原子(包括硼、氮、磷、硫等元素)摻雜和贗電容材料(包括氧化銣、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳、氧化釕等過渡金屬氧化物和聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導(dǎo)電聚合物)的加載。前者是通過元素替換改變石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)，從而改變石墨烯中的電荷密度和電子遷移速率來提高比電容。例如Zhiwei Peng等(ACS nano,2015,9(6):5868-5875)在聚酰亞胺酸中添加硼酸然后經(jīng)過亞胺化制備了含硼的聚酰亞胺膜，經(jīng)過激光誘導(dǎo)后，制備了硼摻雜的激光誘導(dǎo)石墨烯電極，最高比電容達(dá)到16.5mF/cm²，是未參雜激光誘導(dǎo)石墨烯電極的3倍。后者是通過加載的贗電容材料來增加表面氧化還原反應(yīng)，而不是單純的依靠界面電荷吸附來提高比電容。例如，Lei Li等(Advanced Materials,2016,28(5):838-845.)通過電泳沉積的方式在激光誘導(dǎo)石墨烯膜上加載氧化錳、聚苯胺等贗電容材料，來提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器的比電容。上述方法都在一定程度上提高了激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器的比電容，但是存在操作復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染等問題，限制了實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器比電容的方法和激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器，本發(fā)明通過對(duì)激光誘導(dǎo)石墨烯材料進(jìn)行原位焦耳熱處理，能夠分解激光誘導(dǎo)石墨烯材料中的無定形碳雜質(zhì)，形成更多的納米級(jí)孔洞，以此能夠有效提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器的比電容；同時(shí)本發(fā)明提供的方法克服了傳統(tǒng)方法操作復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染的問題，利于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種提高激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器比電容的方法，包括以下步驟：

提供激光誘導(dǎo)石墨烯材料；

將所述激光誘導(dǎo)石墨烯材料進(jìn)行原位焦耳熱處理，得到焦耳熱處理的激光誘導(dǎo)石墨烯材料，所述焦耳熱處理的激光誘導(dǎo)石墨烯材料具有納米級(jí)孔洞；

以所述焦耳熱處理的激光誘導(dǎo)石墨烯材料作為電極，組裝得到比電容提高的激光誘導(dǎo)石墨烯基電容器。