一种石墨烯基电极材料的制备及电容器的构建方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯基电极材料的制备方法，按氧化石墨与去离子水的质量比为0.5‑2:1000向去离子水中加入氧化石墨，在磁力搅拌或人工摇晃0.5‑1h，得A品；A品于60‑80℃温度下，静置0.5‑1h，直至氧化石墨烯水溶胶表面形成完整的氧化石墨烯薄膜，得B品；用柔性薄膜作为基体，将B品沉积在基体上，晾干，得C品；向C品种加入质量分数为55‑58％的碘化氢溶液，在15‑80℃下还原3‑48h，清洗，得D品；将D品放入0.5‑5mmol/L的高锰酸钾中浸泡5‑48h，清洗，得E品，即得沉积在柔性基体上的石墨烯/锰氧化物复合薄膜。所述的石墨烯基电极材料能直接作为柔性薄膜超级电容器的电极材料，操作简便，耗时短、耗材少、环保，同时还具有良好的弯曲性能。且用所述电极材料构建的电容器电化学性能好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种石墨烯基电极材料的制备方法，按氧化石墨与去离子水的质量比为0.5?2:1000向去离子水中加入氧化石墨，在磁力搅拌或人工摇晃0.5?1h，得A品；A品于60?80℃温度下，静置0.5?1h，直至氧化石墨烯水溶胶表面形成完整的氧化石墨烯薄膜，得B品；用柔性薄膜作为基体，将B品沉积在基体上，晾干，得C品；向C品种加入质量分数为55?58％的碘化氢溶液，在15?80℃下还原3?48h，清洗，得D品；将D品放入0.5?5mmol/L的高锰酸钾中浸泡5?48h，清洗，得E品，即得沉积在柔性基体上的石墨烯/锰氧化物复合薄膜。所述的石墨烯基电极材料能直接作为柔性薄膜超级电容器的电极材料，操作简便，耗时短、耗材少、环保，同时还具有良好的弯曲性能。且用所述电极材料构建的电容器电化学性能好。【专利说明】
本专利技术涉及一种石墨烯基柔性超级电容器电极材料的制备及电容器的构建方法，特别是一种基于气液界面组装法的平面型石墨烯基薄膜超级电容器电极材料的制备及电容器的构建方法。
技术介绍
由于可穿戴电子器件的发展，人们对柔性储能器件的要求也逐渐增大，柔性超级电容器也因此备受关注。其中，基于二维薄膜电极的柔性超级电容以其轻质、小型化、可弯曲等特点，尤为吸引人们的注意。石墨稀作为一种二维纳米碳材料，其碳原子以Sp2杂化方式形成六元环蜂窝状平面结构，它具有超高的电子迀移率(200，000cm2/V.s)、极大的比表面积(2630m2/g)、良好的导热性能(5300W/mK)、以及优异的力学强度(40N/m断裂强度，ITPa杨氏模量)，是一种理想的超级电容器电极材料。石墨烯二维纳米片层结构赋予了它巨大的宽高比(aspect rat1)，使其能够通过层层堆叠组装成柔性石墨稀薄膜，在形成薄膜组装中若合理地引入另一种纳米材料，可继而得到柔性的石墨烯基复合薄膜。目前，已有许多文献报道了石墨烯基柔性薄膜的组装和制备过程，这对构建基于石墨烯薄膜电极的柔性超级电容器奠定了良好的工作基础。其中，真空抽滤法和化学气相沉积法是制备石墨烯薄膜的常用技术，但这些方法所得到的石墨烯薄膜普遍都是沉积在硬质基体(比如:多孔氧化铝滤膜、铜箔、硅片)上，因此不能直接作为柔性薄膜超级电容器的电极材料，而必须通过繁琐的基体转移步骤将沉积在硬质基体上的石墨烯薄膜转移到柔性基体(比如:聚二甲基娃氧烧(Po Iydimethy I si loxane ,PDMS)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PoIy(ethylene terephthalate)，PET)上，基体转移过程通常需要将硬质基体蚀刻掉，所采用的柔性基体通常是聚合物基体，最终沉积在聚合物基体上的石墨烯薄膜便可直接作为柔性超级电容器的电极材料;另外，化学气相沉积法通常用于制备纯石墨烯薄膜，难以用于制备石墨烯基复合薄膜。基于石墨烯薄膜电极的柔性超级电容器其构型主要包括传统“三明治”构型和平面构型，其中平面构型更有利于超级电容器体积的小型化和器件厚度的最小化。已有利用层层自组装和化学气相沉积法分别在石英基体和铜箔表面沉积了多层石墨烯薄膜和单层石墨烯薄膜，并基于两种石墨烯薄膜电极设计构建了平面型超级电容器，两种平面型超级电容器表现出的良好的电化学性能，其面积比容量分别为394yF/cm2和SOyF/cm2 ο (J.J.Yoo，K.Balakrishnan，J.Huang，et al.Nano Letters 2011,11,(4),1423-1427.)然而，层层自组装制备石墨烯薄膜通常需要利用带正电荷的纳米材料和带负电荷的氧化石墨烯溶液作为前驱体，利用两者之间的静电相互吸引作用，反复地将基体在两种纳米材料溶液中进行浸入-清洗-干燥的循环过程，直至达到所需的薄膜厚度，因此层层自组装过程的相当耗时复杂，并且所获得的石墨烯薄膜往往是复合薄膜;化学气相沉积过程虽然在制备纯石墨烯薄膜方面具有显著优势，但其制备过程涉及高温高热这样一些耗能过程，并且难以一步实现石墨烯基复合薄膜的可控制备。以上所讨论的制备石墨烯基薄膜的两种常用方法，其最关键问题是两种方法所制得的石墨烯薄膜均被直接沉积在硬质基体上，无法直接应用于柔性超级电容器，只有通过复杂的基体转移步骤，才能将所制得的石墨烯基薄膜转移沉积到柔性基体上，然而，将薄膜从硬质基体上转移到柔性基体上这一转移步骤需要使用强腐蚀性试剂将硬质基体溶解掉，整个过程非常耗时、耗材、不环保。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供。所制备的石墨烯基电极材料能直接作为柔性薄膜超级电容器的电极材料，操作简便，耗时短、耗材少、环保，同时还具有良好的弯曲性能，柔韧性好。且用本专利技术电极材料构建的平面型超级电容器电化学性能好，面积比容量在lOOOyF/cm2以上，不仅可以构建平面型柔性超级电容器，还可以构建传统的三明治型柔性超级电容器，同时也有利于器件的小型化和轻薄化。本专利技术采用以下技术方案实现:一种石墨烯基电极材料的制备方法，包括以下步骤:1、按氧化石墨与去离子水的质量比为0.5-2:1000向去离子水中加入氧化石墨，搅拌，直至溶液为稳定均相的氧化石墨烯水溶胶溶液，得A品；2、A品于60-80 °C温度下，静置0.5-lh，直至氧化石墨烯水溶胶表面形成完整的氧化石墨烯薄膜，得B品；3、采用柔性薄膜作为基体，即柔性基体，将B品沉积在该柔性基体上，晾干，得C品；4、向C品中加入质量分数为55-58%的碘化氢溶液，在15-80°c下还原3-48h，经乙醇和蒸饱水清洗，得D品； 5、将D品放入0.5-5mmol/L的高锰酸钾中浸泡5-48h，经乙醇和蒸馏水清洗，得E品，即得沉积在柔性基体上的石墨烯/锰氧化物复合薄膜。前述的石墨烯基电极材料的制备方法，步骤I中所述的氧化石墨按下述步骤进行制备:a.将过硫酸钾和五氧化二磷按质量比为1:1混合后，在75-85°C下，按过硫酸钾:浓H2SO4为15g: 80-150ml的比例加入*H2S(k，搅拌20_30min，直至溶液清澈，得混合溶液；向混合溶液中加入石墨粉，在75-85 °C水浴条件下搅拌4-5h，冷却至室温，继续向混合溶液中加入去离子水，真空抽滤法将混合溶液中的固体样品清洗并收集，在真空抽滤过程中使用去离子水清洗样品，直至滤液为中性，将抽滤清洗之后的固体样品进行干燥，得到预氧化的石墨粉末；b.预氧化的石墨粉末加入浓H2S04中，在0-5 0C的冰水浴条件下搅拌均匀，向溶液中缓慢加入高锰酸钾粉末，然后在30-40°C的水浴下搅拌3-5h后，再在0-5°C冰水浴中继续搅拌10-20min，再缓慢加入去离子水，继续搅拌2-3h，再加入质量分数为30%的过氧化氢溶液，边加边搅拌，加完后静置12h，收集固体样品，用质量分数为4-5%的稀盐酸溶液清洗，反复离心清洗，直到清洗液的PH值变为中性为止，再真空干燥45-50h，即得氧化石墨粉末。前述的石墨烯基电极材料的制备方法，步骤I中按氧化石墨与去离子水的质量比为1:1000向去离子水中加入氧化石墨。前述的石墨烯基电极材料的制备方法，步骤2中静置时间为0.8h。前述的石墨烯基电极材料的制备方法，步骤4中还原时间为28h。前述的石墨稀基电极材料的制备方法，步骤5为将D品放入3mmo1/L的高猛酸钾中浸泡28h，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯基电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)按氧化石墨与去离子水的质量比为0.5‑2:1000向去离子水中加入氧化石墨，搅拌，直至溶液为稳定均相的氧化石墨烯水溶胶溶液，得A品；(2)A品于60‑80℃温度下，静置0.5‑1h，直至氧化石墨烯水溶胶表面形成完整的氧化石墨烯薄膜，得B品；(3)采用柔性薄膜作为基体，即柔性基体，将B品沉积在该柔性基体上，晾干，得C品；(4)向C品中加入质量分数为55‑58％的碘化氢溶液，在15‑80℃下还原3‑48h，经乙醇和蒸馏水清洗之后，得D品；(5)将D品放入0.5‑5mmol/L的高锰酸钾中浸泡5‑48h，经乙醇和蒸馏水清洗之后，得E品，即得沉积在柔性基体上的石墨烯/锰氧化物复合薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵姣婧，陈祥荣，罗顺，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52