[发明专利]一种超级电容器用石墨烯薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯薄膜材料的制备领域，特别涉及一种超级电容器用石墨烯薄膜的制备方法。

背景技术

自从2004年曼彻斯特大学Novoselov和Geim的研究小组发现石墨烯以来，石墨烯迅速成为物理学、化学和材料学的热门话题，掀起了研究人员对其性质和应用的研究热潮。最近美国哥伦比亚大学的研究人员发现，石墨烯是目前世界上已知材料中强度最大，厚度最薄的材料。就导电性而言，石墨烯是零带隙半导体，其稳定的晶格结构使碳原子具有优异的导电性，其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远超过了电子在一般导体中的运动速度，是目前已知的导电性能最出色的材料。同时，石墨烯具有很大的理论比表面积和独特的载荷子特性，这为其成为优良的超级电容器电极材料提供了理论基础。

M.D.Stoller等人在Nano Letter 8(2008)3498-3452上报道了化学修饰石墨烯超级电容器材料，这种方法制备的材料在水性电解液中达到了135F/g的比电容。但是这种化学法制备的石墨烯仍是粉体需要与粘结剂和导电剂的复合才能制成超级电容器电极。D.Li等人在Advanced Materials 23(2011)2833-2838上报道了抽滤法制备超级电容器用石墨烯薄膜电极材料，这种材料能量密度可达到150.9Wh/kg的，功率密度可达到776.8kW/kg。

然而，现在通常用来制备石墨烯薄膜的方法包括化学气相沉积法、抽滤成膜法等，这些方法都不利于大规模生产。

目前尚未见到采用刮涂法制备石墨烯薄膜电极材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器用石墨烯薄膜的制备方法，该方法工艺简单，易于工业化生产，所制备的超级电容器用石墨烯薄膜电极材料比电容高，导电性能好，成膜过程简单，无需导电剂、粘结剂，具有较高柔性，有望应用于电动汽车、通信、柔性电子产品和信号控制等领域。

本发明的一种超级电容器用石墨烯薄膜的制备方法，包括：

（1）氧化石墨溶胶的制备：在室温下，将氧化石墨用去离子水洗涤后与去离子水配成1~5mg/mL悬浮液，超声1~3h，离心洗涤过程去除沉淀，在40~45℃下旋转蒸发直至形成氧化石墨溶胶；

（2）石墨烯薄膜的制备：将氧化石墨溶胶刮涂在钛箔表面，制得氧化石墨薄膜，将氧化石墨薄膜以40~120cm²/μL的配比置于水合肼中，90~120℃反应4~15h，去离子水洗涤即得。

所述步骤（1）中的氧化石墨由Hummer法制备。

所述步骤（1）中的洗涤为2~6次。

所述步骤（1）中的离心洗涤过程为2000~3500r/min离心20~40min。

所述步骤（2）中的去离子水洗涤为3~8次。

本发明在不添加任何粘结剂的条件下，将氧化石墨水溶液制成具有一定粘度可刮涂的浆料，刮涂在导电基底表面，再还原得到石墨烯薄膜。这种在导电基底表面直接还原得到石墨烯薄膜，降低了石墨烯薄膜与导电基底间的接触电阻，促进充放电过程的电荷传输，因此这种方法制备的石墨烯薄膜具有更优越的超级电容器性能。

采用本发明制备的超级电容器用石墨烯薄膜，制备过程简单，化学稳定性好，比电容高，具有柔性结构，在电动汽车、通信、柔性电子产品和信号控制等领域有广阔的应用前景。

有益效果

（1）本发明制备工艺简单，成膜过程无需导电剂、粘结剂，特别适合工业化生产；

（2）本发明制备的超级电容器用石墨烯薄膜比电容高，导电性能好，且具有较高的柔性，有望应用于电动汽车、通信、柔性电子产品和信号控制等领域。

附图说明

图1为实施例1中氧化石墨、水洗后的氧化石墨和石墨烯薄膜的X射线衍射图谱；

图2为实施例1制备石墨烯薄膜的的数码照片：（A）平整状态，（B）弯曲状态；

图3为实施例1制备的石墨烯薄膜三电极测试的阻抗图谱，插图为高频区域图谱；

图4为实施例1制备的石墨烯薄膜两电极测试结构在1M硫酸钠电解液中不同扫描速率下的循环伏安曲线；

图5为实施例1制备的石墨烯薄膜两电极测试结构在1M硫酸钠电解液中1.43A/g电流密度下多次恒流充放电曲线。

具体实施方式