[发明专利]一种石墨烯基水平结构超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器的制备方法，尤其涉及一种新型的石墨烯基水平结构超级电容器的制备方法。

背景技术

超级电容器属于标准的低碳经济产品。与二次电池相比，超级电容器具有功率密度高，循环寿命长，充电时间短，可大电流充放电等特点；其中，它的最大优点是：短时间高功率输出。鉴于其特点，超级电容器能够广泛应用于电子产品、新能源交通、新能源发电系统、分布式储能系统以及电磁脉冲等军用设备领域。当前，超级电容器被视为一种大功率的物理二次电源，各主要发达国家都把对超级电容器的研究列为国家重点战略项目。电极材料是超级电容器中最核心的组成元素，目前使用最为广泛的是碳电极，包括活性碳、碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶、玻态碳等碳基材料。石墨烯作为一种新型的碳材料，理论上具有超高的比表面积，特别是在二维方向上表现出良好的传导特性，是一种理想的电极材料。现阶段，对于石墨烯基超级电容器的研究主要局限于传统的垂直结构器件，这种垂直结构与石墨烯在二维平面上展现出的物化性能不能兼容，因而不利于这种材料性能的充分发挥。

发明内容

本发明所要解决有技术问题是：为了提高超级电容器的各项性能参数，进一步优化石墨烯材料在超级电容器中的应用，本发明提供一种新型的石墨烯基水平结构超级电容器的制备方法，同时形成具有较高容量密度的超级电容器。本发明就是依据石墨烯的结构特点，充分利用其在水平方向上的高传导特性，构建新型的水平结构超级电容器。

本发明的技术方案：

一种石墨烯基水平结构超级电容器，该水平结构超级电容器是在衬底上顺序制作左石墨烯导电薄膜电极、右石墨烯导电薄膜电极、左金属电极、右金属电极，左石墨烯导电薄膜电极、右石墨烯导电薄膜电极之间填充固态电解质层。

一种石墨烯基水平结构超级电容器的制备方法，该水平结构超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

步骤一氧化石墨烯薄膜的制备

将氧化石墨烯制成质量浓度为0.01～1％的水分散液；

将该分散液通过滴涂法、垂直沉积法、浸渍提拉法或层层自组装方法沉积到衬底上，在25℃～100℃下，干燥后得到氧化石墨烯薄膜；

步骤二石墨烯导电薄膜电极的制备

将上述氧化石墨烯薄膜连同衬底放置在还原环境下进行处理，得到石墨烯薄膜；用刀片在所得到的石墨烯薄膜表面划上一道深痕，以万用表测量刀痕两侧处于开路状态，得到左、右石墨烯导电薄膜电极；

或用刀片在所得到的氧化石墨烯薄膜表面划上一道深痕，再将氧化石墨烯薄膜连同衬底放置在还原环境下进行处理得到石墨烯薄膜，以万用表测量刀痕两侧处于开路状态，得到左、右石墨烯导电薄膜电极；

步骤三金属电极的制备

以掩模板遮挡左、右石墨烯导电薄膜电极的划痕及划痕周边，在靠近薄膜边缘地方裸露出一部分；利用真空热蒸发镀膜设备在上述石墨烯导电薄膜电极的裸露部分蒸镀左、右金属电极；

步骤四水平结构超级电容器的制备

以左、右金属电极作为超级电容器集电极，左、右石墨烯导电薄膜电极为超级电容器的左、右电极，在左、右石墨烯导电薄膜电极之间填充固态电解质层，制得石墨烯基水平结构超级电容器。

所述的步骤一中，采用垂直沉积法制备氧化石墨烯薄膜时，衬底放置在氧化石墨烯制成质量浓度为0.01～1％的水分散液中，并与水平方向夹角为10°～80°。

所述的步骤二中的石墨烯导电薄膜电极的制备，形成开路所使用的工具、方式不限，划痕宽度小于2μm。

所述的金属电极的制备，掩模板上裸露部分的形状及其所遮挡的划痕周边面积不受限制。

步骤一中，氧化石墨烯薄膜的厚度为10～1000nm。

步骤一中，衬底(1)为普通玻璃衬底、石英衬底。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明摆脱了超级电容器传统的垂直结构制作思路，设计了一种新型的水平结构方案。同时，这种水平超级电容器从结构上兼容了石墨烯材料的结构特点，最大幅度的利用了石墨烯二维平面的特性。与垂直结构超级电容器相比，这种新型的石墨烯基水平结构超级电容器的容量密度显著提高。

附图说明

图1石墨烯基水平结构超级电容器的示意图。

图2石墨烯基水平结构超级电容器的容量曲线。

具体实施方式