[发明专利]复合石墨烯薄膜、高能量超级电容器和智能柔性器件

权利要求书

1.一种复合石墨烯薄膜，其特征在于：该复合石墨烯薄膜的制备过程为：将氧化石墨与热膨胀还原石墨烯以一定比例加入水中，通过超声分散得到均匀的悬浮液；然后将均匀的悬浮液进行真空抽滤得到薄膜并晾干；晾干后的薄膜进行碘化氢蒸汽还原提升其导电性后，即获得所述复合石墨烯薄膜；所述复合石墨烯薄膜中，热膨胀还原石墨烯的含量为40-60wt.％。

2.根据权利要求1所述的复合石墨烯薄膜，其特征在于：该复合石墨烯薄膜的厚度为10-200微米之间。

3.一种含有权利要求2所述复合石墨烯薄膜的高能量超级电容器，其特征在于：以复合石墨烯薄膜直接作为工作电极，按照以下两种方式组装成高能量超级电容器；

第一种方式为：按照电极-隔膜-电极的顺序装配，并注入离子液体作为电解液，组装成高能量密度的超级电容器；

第二种方式为：无需使用隔膜，采用固态电解质，按照电极-固态电解质-电极的顺序组装，随后用封装材料封装，即制成具有高电位窗口的全固态柔性超级电容器；其中：所述固态电解质是指以离子液体为导电介质、以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物为基体的凝胶态电解质；

第一种方式和第二种方式中，所述复合石墨烯薄膜中的石墨烯片层间距与所使用电解液的离子尺寸相匹配。

4.根据权利要求3所述的高能量超级电容器，其特征在于：所述隔膜为三层结构的聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯复合隔膜、单层聚丙烯膜、单层聚乙烯膜、玻璃纤维隔膜或纤维素隔膜。

5.根据权利要求3所述的高能量超级电容器，其特征在于：所述封装材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚乙烯醇缩丁醛树脂。

6.根据权利要求3所述的高能量超级电容器，其特征在于：第二种方式所组装的具有高电位窗口的全固态柔性超级电容器可实现0-180°任意角度的弯折。

7.根据权利要求3所述的高能量超级电容器，其特征在于：所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)酰亚胺。

8.一种利用权利要求2所述复合石墨烯薄膜构建的智能柔性器件，其特征在于：以复合石墨烯薄膜直接作为工作电极，采用固态电解质，组装成电极-固态电解质-电极的结构；将所述电极-固态电解质-电极的结构作为一个单元，通过堆叠多个单元而后再用封装材料进行封装，获得具备输出可调控的全固态智能柔性电容器件。

9.根据权利要求8所述的智能柔性器件，其特征在于：所述固态电解质是指以离子液体为导电介质、以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物为基体的凝胶态电解质,所述复合石墨烯薄膜具有与所使用的离子液体相匹配的孔隙结构。

10.根据权利要求8所述的智能柔性器件，其特征在于：所制成的全固态智能电容器件可根据连接方式的不同以实现不同的输出需求，即当外电路以串联方式连接两个结构单元时，可达到增加电位窗口的输出目的；当外电路以并联方式连接两个结构单元时，可达到增加容量的输出目的。