[发明专利]褶皱状石墨烯复合体的制备方法、由此制备的复合体及包含复合体的超级电容器

说明书

本发明涉及包括喷雾干燥及热处理包含氧化石墨烯及导电性物质的溶液的步骤的褶皱状石墨烯复合体的制备方法、由此制备的石墨烯复合体以及适用包含其的电极的超级电容器。

技术领域

本发明涉及褶皱状石墨烯复合体的制备方法、由此制备的石墨烯复合体及包含其的超级电容器，更详细地，涉及包括喷雾干燥及热处理包含氧化石墨烯及导电性物质的溶液的步骤的褶皱状石墨烯复合体的制备方法、由此制备的石墨烯复合体以及包含其的超级电容器。

背景技术

随着对具有高能量及高功率密度的储能装置的需求增加，超级电容器作为新一代环保型储能器件之一备受关注。相对于现有的二次电池，这种超级电容器的优点在于，具有高功率密度和充放电效率、半永久性周期寿命，以及对电流变化稳定且没有爆炸危险。因此，它被积极地利用于需要提供稳定能量的便携式电子设备或充电宝、用于电动车的瞬间加速及储存备份的电源。并且，超级电容器使用碳材料作为电极活性物质，所以可称作是具有环保且安全性优秀特性的能量备份及储存装置。

超级电容器的电化学性能可取决于电极物质，但是需要满足要求条件，如高导电度、宽的比表面积、高温稳定性、均匀的气孔结构、低的成本等。主要将包括活性炭、碳纳米管、石墨烯的碳类材料广泛利用于超级电容器的电极材料。其中，活性炭由于其宽的比表面积和低廉的费用而被广泛用作超级电容器用材料。但是，即使活性炭电极具有大量的微/大空隙，其在电极表面上的电解质吸附性能也很低，存在比电容低的问题。因此，具有宽的比表面积(理论值为2600m²/g)、快速的电子迁移度及优异的机械性能的石墨烯作为用于储能装置的材料备受关注。除了超级电容器之外，这种石墨烯还有望被使用于太阳能电池及电化学传感器等领域。

最近，已报告制备具有气孔的石墨烯电极的多个研究，以提高电解质和电极物质表面之间的接近性。但是，由于广泛的气孔和石墨烯片的盲目层叠，这些电极每体积具有比常规活性炭电极更低的存储容量。

在韩国公开专利第10-2015-0044359号中，提供石墨烯层间距调节方法及利用其的超级电容器，具体地，提供用于超级电容器的调节层间距的石墨烯的制备方法，包括：向包含氧化石墨烯的溶液中添加表面活性剂来分散上述氧化石墨烯的步骤；向包含分散的上述氧化石墨烯的溶液中添加还原剂来形成还原的氧化石墨烯的步骤；以及，向包含还原的上述氧化石墨烯的溶液中添加两末端被N₂⁺活化的支柱物质(pillar material)并通过包含在上述支柱物质的芳基使还原的上述氧化石墨烯与上述支柱物质相连接来调节还原的上述氧化石墨烯之间的层间距的步骤，根据上述芳基的数量，或者根据连接在两个以上的芳基之间的烷基的碳数，调节还原的上述氧化石墨烯之间的层间距。但是，上述制备方法还需要用于还原氧化石墨烯的肼等还原剂，存在需要经多个步骤的工序的麻烦，当将由此制备的结构体适用于电容器时，存在高电流密度(2A/g以上)下比电容下降的问题。

另一方面，作为用于提高超级电容器的比电容的接近的方法，进行了与包含碳纳米管和活性炭等碳类材料的石墨烯复合体制备有关的研究。但是，随着二维结构的石墨烯片之间一直发生再层叠和凝聚现象，因此存在电解质难以渗透到复合体电极的问题。进一步地，由于碳纳米管之间的范德华吸引力，碳纳米管之间发生聚集现象，从而出现比电容随着电流密度增加而减少的倾向。

因此，实际上需要进行通过解决当适用二维石墨烯和碳纳米管时发生的再层叠和凝聚问题，来在高电流密度下保持比电容和用于提高基于此的功率密度的研究。

发明内容

技术问题

本发明用于解决前述的现有技术问题，本发明的目的在于，提供通过喷雾干燥及热处理工序的自组装褶皱状石墨烯复合体的制备方法。

本发明的再一目的在于，提供碳纳米管在石墨烯中形成物理交联点并具有高比表面积的褶皱状石墨烯复合体。

本发明的另一目的在于，提供在高电流密度下也有效保持比电容的适用上述复合体的超级电容器。