[发明专利]具有高度取向且紧密堆积的石墨烯片的超级电容器电极和生产方法

权利要求书

1.一种用于生产用作超级电容器电极的电解质浸渍的层状石墨烯结构的方法，所述方法包括：

(a)制备石墨烯分散体，该石墨烯分散体具有分散在液体或凝胶电解质中的多个孤立的石墨烯片；并且

(b)使所述石墨烯分散体经受强制组装程序，从而强制所述多个孤立的石墨烯片组装成所述电解质浸渍的层状石墨烯结构，其中所述多个孤立的石墨烯片由薄电解质层交替地间隔开，这些薄电解质层具有从0.4nm至10nm的厚度，并且所述多个孤立的石墨烯片基本上沿一个方向排列，并且其中当在除去所述电解质的情况下以所述层状石墨烯结构的干燥状态测量时，所述层状石墨烯结构具有从0.5g/cm³至1.7g/cm³的物理密度和从50m²/g至3,300m²/g的比表面积。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个孤立的石墨烯片选自具有按重量计大于2％的非碳元素含量的化学官能化石墨烯。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个孤立的石墨烯片选自原生石墨烯或非原生石墨烯材料，该非原生石墨烯材料具有按重量计大于2％的非碳元素含量、选自氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯氟化物、石墨烯氯化物、石墨烯溴化物、石墨烯碘化物、氢化石墨烯、氮化石墨烯、及其组合。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述多个孤立的石墨烯片选自具有按重量计大于2％的非碳元素含量的掺杂石墨烯。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个孤立的石墨烯片预先沉积有选自本征导电聚合物、过渡金属氧化物和/或有机分子的氧化还原对配对物的纳米级涂层或颗粒，其中所述氧化还原对配对物和所述多个孤立的石墨烯片形成用于赝电容的氧化还原对。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述本征导电聚合物选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、磺化聚苯胺、磺化聚吡咯、磺化聚噻吩、磺化聚呋喃、磺化聚乙炔、及其组合。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述液体电解质含有水性电解质、有机电解质、离子液体电解质、或有机电解质和离子液体电解质的混合物。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述强制组装程序在集流体的存在下进行，该集流体被嵌入在所述电解质浸渍的层状石墨烯结构中或结合至所述电解质浸渍的层状石墨烯结构以形成所述超级电容器电极。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述强制组装程序包括将具有初始体积V₁的所述石墨烯分散体引入模具腔体单元中并将活塞驱动到所述模具腔体单元中以将该石墨烯分散体体积减小至比V₁小的值V₂，从而使得过量的电解质流出所述腔体单元并使所述多个孤立的石墨烯片沿相对于所述活塞的移动方向成从0°至90°的角度的方向排列。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述强制组装程序包括将所述石墨烯分散体引入具有初始体积V₁的模具腔体单元中，并且通过所述模具腔体的多孔壁施加抽吸压力以将该石墨烯分散体体积减小至比V₁小的值V₂，从而使得过量的电解质通过所述多孔壁流出所述腔体单元并使所述多个孤立的石墨烯片沿相对于所述抽吸压力方向成从0°至90°的角度的方向排列。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述强制组装程序包括将第一层所述石墨烯分散体引入到支撑运送物的表面上，并驱动支撑在所述运送物上的石墨烯分散体通过至少一对压辊，以减小所述石墨烯分散体的厚度并使所述多个孤立的石墨烯片沿平行于所述运送物表面的方向排列，以便形成电解质浸渍的层状石墨烯结构的层。