[发明专利]具有基于一体式3D石墨烯-碳混杂泡沫的电极的超级电容器

权利要求书

1.一种超级电容器，具有阳极、阴极、电子地分离所述阳极和所述阴极的多孔隔膜、和/或与所述阳极和所述阴极离子接触的电解质，其中所述阳极和所述阴极中的至少一个含有一体式3D石墨烯-碳混杂泡沫作为形成电荷双电层或氧化还原对的电极活性材料，其中所述混杂泡沫由多个孔和孔壁构成，其中所述孔壁含有通过碳材料化学结合的单层或少层石墨烯片、具有从1/200至1/2的碳材料与石墨烯重量比，其中所述少层石墨烯片具有2-10个堆叠石墨烯平面层，这些石墨烯平面具有如通过X射线衍射测量的从0.3354nm至0.40nm的平面间间距d₀₀₂，并且所述单层或少层石墨烯片含有具有基本上零％非碳元素的原生石墨烯材料或具有按重量计0.001％至25％的非碳元素的非原生石墨烯材料，其中所述非原生石墨烯选自氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、氟化石墨烯、氯化石墨烯、溴化石墨烯、碘化石墨烯、氢化石墨烯、氮化石墨烯、掺杂石墨烯、化学官能化石墨烯、或其组合。

2.如权利要求1所述的超级电容器，进一步包括与所述阳极接触的阳极集流体，和/或与所述阴极接触的阴极集流体。

3.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述阳极和所述阴极二者都含有该一体式3D石墨烯-碳混杂泡沫作为电极活性材料。

4.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述3D石墨烯泡沫具有从0.005g/cm³至1.7g/cm³的密度、从50m²/g至3,200m²/g的比表面积、每单位比重至少200W/mK的热导率、和/或每单位比重不小于2,000S/cm的电导率。

5.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述孔壁含有原生石墨烯并且所述3D石墨烯-碳混杂泡沫具有从0.1g/cm³至1.7g/cm³的密度、从2nm至50nm的平均孔径、以及从300m²/g至3,200m²/g的比表面积。

6.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述孔壁含有非原生石墨烯材料并且其中所述泡沫含有按重量计在0.01％至20％范围内的非碳元素含量，并且所述非碳元素包括选自氧、氟、氯、溴、碘、氮、氢、或硼的元素。

7.如权利要求1所述的超级电容器，该超级电容器是呈具有从200nm至10cm的厚度或直径的连续长度长丝、线、或片形式。

8.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述泡沫具有按重量计小于1％的氧含量或非碳含量，并且所述孔壁具有小于0.35nm的石墨烯间间距、每单位比重至少250W/mK的热导率、和/或每单位比重不小于2,500S/cm的电导率。

9.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述泡沫具有按重量计小于0.01％的氧含量或非碳含量，并且所述孔壁含有堆叠的石墨烯平面，这些石墨烯平面具有小于0.34nm的石墨烯间间距、每单位比重至少300W/mK的热导率、和/或每单位比重不小于3,000S/cm的电导率。

10.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述泡沫具有按重量计不大于0.01％的氧含量或非碳含量，并且所述孔壁含有堆叠的石墨烯平面，这些石墨烯平面具有小于0.336nm的石墨烯间间距、每单位比重至少350W/mK的热导率、和/或每单位比重不小于3,500S/cm的电导率。

11.如权利要求1所述的超级电容器，其中所述泡沫具有含有堆叠的石墨烯平面的孔壁，这些石墨烯平面具有小于0.336nm的石墨烯间间距、每单位比重大于400W/mK的热导率、和/或每单位比重大于4,000S/cm的电导率。