[发明专利]高赝电容负载量的石墨烯超级电容器复合电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种高赝电容负载量的石墨烯超级电容器复合电极的制备方法，涉及超级电容器技术领域，所述制备方法包括以下步骤：(1)制备赝电容前驱体材料溶液，将泡沫型聚合物浸入该溶液中；(2)将吸收有赝电容前驱体材料的泡沫型聚合物取出干燥后，放入压片机中压制成膜；(3)将制备的薄膜暴露于激光辐照中，得到石墨烯超级电容器复合电极。本发明克服了现有石墨烯掺杂量不足、不易掺杂、前驱体掺杂量少等缺陷，制备的复合材料具有石墨烯质量高、赝电容材料负载量大、循环稳定性好、图案可调等优点；且该制备方法的工艺简单、成本低廉，有利于作为超级电容器电极材料推广应用。

技术领域：

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种高赝电容负载量的石墨烯超级电容器复合电极的制备方法。

背景技术：

随着全球人口持续增长，人类对能源需求越来越大，并伴随着化石资源日趋短缺，能源危机日益加剧，人们迫切需要一种高功率和电力可持续能源转换和存储系统。风能、太阳能、潮汐能等间歇性可再生能源存在功率不稳定、供给量不足、资源不集中等缺点，因此储能装置是解决可再生能源的关键。目前储能装置主要包括：通过氧化还原反应实现电荷储存的化学储能装置，如锂电池，燃料电池等；以及少部分物理储能装置，如飞轮电池。但它们都存在温度特性差、使用寿命短、循环稳定性差、能量密度低、不环保、功率密度不足、价格高昂、以及安全性较差等缺点，因此一直是人们需要解决的储能装置的难点。而超级电容又称双电层电容器，是将传统电容器和电池的电能传递能力和电荷存储能力结合起来的新型电化学器件，具有循环稳定性高，使用寿命长、充电速度快，大电流放电能力强、超低温特性好、功率密度高等优点，是解决当前能源危机的理想储能装置。

目前，超级电容器主要分为双层电容器和赝电容电容器。双层电容器通过电极材料与电解液形成的电化学双层电容来储存电荷，电极材料主要为活性炭、石墨烯、碳纳米管等碳材料，具有循环寿命长、功率密度高等优点，但其比容量相对较低，能量密度不足。赝电容电容器以金属氧化物和导电聚合物为电极材料，基于电解质与电极材料发生氧化还原反应进行电荷储存，具有能量密度高等优点，但金属氧化物存在导电性较差、易团聚等缺陷，导致赝电容电容器功率较低，因此其循环稳定性较差。故研究者将金属氧化与碳纳米管、活性炭、石墨烯等导电材料复合制备出兼具高能量密度、高功率密度、高循环稳定性、高性能的电极材料。

石墨烯因具有高理论比表面积、优异的电子电导率、极好的机械性能和稳定的电化学性质等一系列特性，被人们认为是超级电容器的理想电极材料。当前制备石墨烯的主要方法有物理法和化学法两种，物理法通常以石墨为原料，通过机械剥离来制备石墨烯，其产量极低，不易大规模生产。化学法是目前制备石墨烯的常用方法，主要有化学气相沉积法、碳化硅外延生长法、化学氧化还原法等。其中，化学气相沉积法和碳化硅外延生长法通过将碳材料加热到相当高的温度使碳原子升华，沉积在金属表面催化生长成石墨烯，生成的石墨烯缺陷少、含氧官能团较少，但生产环境苛刻，生产设备极为高昂生产成本高。而化学氧化还原法生成的石墨烯含大量含氧官能团且生成过程中产生大量污染。激光诱导石墨烯是2014年由James.M Tour课题组通过激光诱导技术，通过激光辐射聚酰亚胺薄膜在其表面产生局部瞬时高温高压生成石墨烯，生成的石墨烯具有高晶体质量、高导电性、晶格缺陷少等优异特性。但单纯的石墨烯用作超级电容器电极时储能能力较差，需要复合赝电容材料进一步提升其比容量。一方面三维多孔石墨烯可以在体系中形成导电网络，提高导电性；另一方面可以阻止活性物质在制备生长过程中的聚集，起到分散的作用。这样一来不仅改善了双电层电容器能量密度低、赝电容电容器功率密度低等缺点；还大大提升了电容器的循环稳定性，使其具有功率密度高，能量密度大等优点。