[发明专利]石墨烯/Co-CoO复合电极材料的激光制备方法及应用

说明书

一种石墨烯/Co‑CoO复合电极材料的激光制备方法及应用，先制备氧化石墨烯/乙酸钴分散液，将其滴涂在PET或者PI基底上，在室温下晾干后得到氧化石墨烯/乙酸钴薄膜；然后在扫描振镜配套的控制软件中设置要加工的图案以及相应的扫描速度和扫描间距，通过与激光器相连接的计算机设置激光参数；最后在空气中利用激光器和扫描振镜在氧化石墨烯/乙酸钴薄膜上进行激光直写，得到图案化石墨烯/Co‑CoO复合电极材料薄膜；使用制备的叉指形状石墨烯/Co‑CoO复合电极材料薄膜、导电银浆、铜箔、RTV硅橡胶和聚乙烯醇/磷酸凝胶电解质制备微型超级电容器；本发明具有简单、高效、制备成本低和环境友好的优点，制备出的微型超级电容器具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于纳米复合材料和微型超级电容器技术领域，具体涉及一种石墨烯/Co-CoO复合电极材料的激光制备方法及应用。

背景技术

微型超级电容器是一类利用双电层和氧化还原反应进行储能的器件，具有循环寿命长、稳定性好、快速充放电、高功率和能量密度以及便携性等优点，可以作为可穿戴和便携式电子产品的储能器件，电极材料很大程度上决定了微型超级电容器的电化学性能。石墨烯具有优异的机械/电化学稳定性、高导电性和大比表面积，广泛用作微型超级电容器的电极材料，但其比电容较低。CoO作为微型超级电容器的电极材料具有高比电容、成本低和含量丰富等优点，但其功率密度、倍率性能以及循环寿命较差。石墨烯与CoO相结合可以同时发挥两者各自的优点，制备的石墨烯/CoO复合电极材料具有高比电容、高能量和功率密度以及长循环寿命的优点。

目前制备石墨烯/CoO复合电极材料的方法主要有化学合成法、水热法、高温煅烧法和电沉积法；这些方法往往制备周期长、合成条件苛刻、需要有毒的化学试剂等，而且不能够在制备材料的同时实现图案化结构的加工，这些都严重的影响到了石墨烯/CoO复合电极材料的大规模制备以及在微型超级电容器的应用。因此，绿色环保、高效、简单地制备石墨烯/CoO复合电极材料以及同时实现图案化结构的加工对于推动石墨烯/CoO复合电极材料在微型超级电容器的应用具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯/Co-CoO复合电极材料的激光制备方法及应用，能够制备图案化石墨烯/Co-CoO复合电极材料薄膜，并基于加工的叉指形状石墨烯/Co-CoO复合电极材料薄膜制备电化学性能优异的微型超级电容器。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种石墨烯/Co-CoO复合电极材料的激光制备方法，包括以下步骤：

(a)将氧化石墨烯和四水合乙酸钴超声混合得到氧化石墨烯/乙酸钴分散液；

(b)将氧化石墨烯/乙酸钴分散液滴涂在PET或者PI基底上，在室温下晾干后得到氧化石墨烯/乙酸钴薄膜；

(c)在扫描振镜配套的控制软件中设置要加工的图案以及相应的扫描速度和扫描间距，通过与激光器相连接的计算机设置激光参数；

(d)在空气中利用激光器和扫描振镜在氧化石墨烯/乙酸钴薄膜上进行激光直写从而得到图案化石墨烯/Co-CoO复合电极材料薄膜，直写的图案包括矩形和叉指形状。

所述的石墨烯/Co-CoO复合电极材料的应用：使用制备的叉指形状石墨烯/Co-CoO复合电极材料薄膜、导电银浆、铜箔、RTV硅橡胶和聚乙烯醇/磷酸凝胶电解质制备微型超级电容器。

所述的微型超级电容器的制备过程如下：首先使用导电银浆将裁剪好的铜箔粘接在叉指形状石墨烯/Co-CoO复合电极材料薄膜的两侧作为集流体并干燥，接着使用RTV硅橡胶对铜带和导电银浆进行封装并干燥，然后将聚乙烯醇/磷酸凝胶电解质滴涂到叉指形状石墨烯/Co-CoO复合电极材料薄膜的表面并在室温下自然干燥不少于24h。

所述的聚乙烯醇/磷酸凝胶电解质是通过将3g聚乙烯醇和6g磷酸的混合物在30mL去离子水中于85℃连续搅拌1h而制得的。