[发明专利]一种三层一体化柔性薄膜超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三层一体化柔性薄膜超级电容器及其制备方法，所述超级电容器的主要结构为GN/OS//GO//GN/OS三明治薄膜结构，其制备方法为首先利用抽滤法制备出GO/OS//GO//GO/OS三层一体化三明治薄膜，然后再利用紫外光还原所述三明治薄膜两侧的GO，从而得到GN/OS//GO//GN/OS三明治薄膜。本发明的超级电容器结构紧密，相容性好，在水系电解液中具备很高的体积比电容、体积比能量密度以及良好的循环性能，还具备良好的柔性，在不同弯曲程度下仍能正常工作并保持相同的电容值。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，尤其涉及一种三层一体化柔性薄膜超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器(supercapacitors)作为一种绿色的电能储存装置，具有充放电速度快、循环寿命长以及安全性高等特性，已经成为现代社会生产生活中不可或缺的一种储能器件。然而，随着社会对小巧便携式能源系统需求的快速增长，电化学储能系统的体积将越来越有限，因此超级电容器器件微型化、柔性化以及提高器件的体积能量密度至关重要。

电极材料作为电容器的核心部分一直是研究的重点，碳材料因其比表面积高、孔隙结构发达且孔径分布可调、化学性质稳定、价格低廉等特征，一直以来是超级电容器的首先电极材料。而石墨烯(graphene，缩写GN)作为一种新型的碳质纳米材料因其独特的电学、物理、化学、光学和热学等性质已经成为现今科研领域的焦点，其二维的片层结构是构建薄膜的基础，保证了器件的柔韧性。目前微型薄膜超级电容器的制备方法主要集中于喷墨印刷、电泳沉积以及层层组装等技术，而这些技术方法的过程相对比较繁琐复杂，并且电容器各部分之间的相容性较差，相应电容器的能量密度较低。

发明内容

为了方便叙述，本发明中的石墨烯(graphene)简称为GN，氧化石墨烯(grapheneoxide)简称为GO，半导体氧化物(oxide semiconductor)简称为OS，石墨烯与半导体氧化物的复合材料简称为GN/OS，氧化石墨烯与半导体氧化物的混合物简称为GO/OS，超级电容器的三层结构利用“//”来区分。

本发明的主要目的是提供一种体积比电容和体积能量密度高的三层一体化柔性薄膜超级电容器，同时提供该种超级电容器的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三层一体化柔性薄膜超级电容器，具备GN/OS//GO//GN/OS三层一体化三明治薄膜结构，中间层的GO作为超级电容器的隔膜及电解液的存储场所，两侧的GN/OS作为超级电容器的电极。

作为本发明改进的技术方案，所述OS为TiO₂、ZnO、CdO、SnO₂、Fe₂O₃、Cr₂O₃或Al₂O₃中的至少一种。

作为本发明改进的技术方案，所述GN/OS//GO//GN/OS三层一体化三明治薄膜是通过还原GO/OS//GO//GO/OS三层一体化三明治薄膜两侧的GO/OS制得的。

进一步地，所述GO/OS中GO与OS的质量比为1:1～1:10，优选为2:1～3:1。

进一步地，两侧的GO/OS层与中间的GO层之间的厚度比为1:10～10:1，优选为1:2～2:1；或者两侧的GO/OS层中GO与中间的GO层中的GO之间的质量比为1:10～10:1，优选为1:3～3:1。

作为本发明改进的技术方案，将所述GN/OS//GO//GN/OS浸泡在水系电解液中，使GO充分吸收水系电解液，然后封装成微型柔性超级电容器。

进一步地，所述水系电解液为(水系电解液均可，不局限于某种水系电解液)。