[发明专利]一种石墨烯基不对称超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯基不对称超级电容器及其制备方法，该石墨烯基不对称超级电容器由阳极、隔膜、阴极依次叠加组装而成，所述阳极为将阳极活性物质氧化石墨烯/聚苯胺复合水溶液滴加到导电玻璃导电面上制成；所述阴极为将阴极活性物质石墨烯水凝胶切片后放置在金属片上，将金属片粘贴固定在普通玻璃片上制成；所述隔膜为滤纸。本发明石墨烯基不对称超级电容器兼具双层电容器的稳定性和赝电容器的高比电容，并且将电位窗口扩大到1.7V，有效提高了能量密度和功率密度，安全，有效；同时该石墨烯基不对称超级电容的制备方法简单方便，无污染，成本低。

技术领域

本发明涉及电池和超级电容器技术领域，具体涉及一种石墨烯基不对称超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器，即电化学电容器(ECs)，具有性能稳定、循环寿命长、充放电速度快、经济环保等特点，比起传统电容器有更高的能量密度。作为新型储能装置，在家庭电子产品、电动汽车、通讯技术、航空军事等领域有着广阔的市场和应用前景。超级电容器主要由阳极、隔膜、阴极、电解液构成，其中电极材料的性质直接影响了超级电容器的性能。

超级电容器按照其储能机制可以分为两类：一是双电层电容器，主要包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等碳材料，利用离子的吸脱附来储存、释放电荷，因此具有较好的稳定性，但是也限制了电容量和能量密度；第二类是法拉第赝电容器，主要包括过渡金属氧化物、氢氧化物以及导电聚合物，其通过氧化还原反应储存电荷，因此这些材料的比电容和能量密度有很大的提高，但因为充放电过程中体积变化使得稳定性下降。二氧化钌是过渡金属氧化物中的典型代表，文献中报道其比电容可到达720F/g，但由高昂成本难以大规模生产。目前研究的热点是兼具两者优点的复合型材料，并应用于超级电容器。其中石墨烯因为其高比表面积和高电导率而受到人们关注，在适当的条件下，石墨烯片层间通过π-π相互作用可以自组装成三维多孔结构的水凝胶，进一步提高电学性能；而在赝电容材料中聚苯胺由于易和成、结构多样、成本低等优点也成为人们研究的热点。

超级电容器按照阴阳极材料是否相同可以分为对称和不对称超级电容器，只要选择适合的阴阳极材料进行组合，不对称超级电容器可以有效提高总电位窗口，从而提高能量密度。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，如本发明提供一种石墨烯基不对称超级电容器。该石墨烯基不对称超级电容器稳定性好、比电容高，有效提高了能量密度和功率密度，并且安全、环保、成本低。

本发明还提供了一种石墨烯基不对称超级电容器的制备方法。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种石墨烯基不对称超级电容器，由阳极、隔膜、阴极依次叠加组装而成，所述阳极为将阳极活性物质氧化石墨烯/聚苯胺复合水溶液滴加到导电玻璃导电面上制成；所述阴极为将阴极活性物质石墨烯水凝胶切片后放置在金属片上，将金属片粘贴固定在普通玻璃片上制成；所述隔膜为滤纸，其中使用滤纸最简易、成本低。

其中，所述阳极活性物质与阴极活性物质质量之比为1:2-1:5。

所述导电玻璃为掺杂氟的锡氧化物透明导电玻璃(FTO)或铟锡氧化物透明导电玻璃(ITO)。

所述石墨烯水凝胶经冷冻干燥测得活性物质石墨烯质量分数为2％-4％，即石墨烯质量占未冷冻干燥石墨烯水凝胶的质量的2％-4％。

作为优选，所述金属片为铜片或者不锈钢片等耐酸的金属片。

本发明所述的石墨烯基不对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯分散液与苯胺的盐酸溶液混合，搅拌，再加入过硫酸铵溶液，冰浴搅拌反应，反应结束后抽滤，用纯水洗涤至滤液为中性或中性偏酸性，超声分散得到氧化石墨烯/聚苯胺复合水溶液；

(2)将氧化石墨烯分散液加入葡萄糖超声使其混合均匀后转移至聚四氟乙烯套管中，加热反应后自然冷却，取出后浸泡在纯水中得到石墨烯水凝胶；