示，0.5A/g電流密度下利用恒電流充放電法計(jì)算的比電容為64 ?/^，能量密度為1.4 Wh/kg，由0.5A/g到ΙΟΑ/g的電容保持率為73%。
[0021]實(shí)施例3:
O將片層平均尺寸為0.1 μ m2氧化石墨烯原料溶于水并攪拌，得到質(zhì)量百分含量為0.9%的氧化石墨烯溶液；
2)將上述氧化石墨烯溶液置于70°C油浴，加入60 μ L抗壞血酸鈉溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%)還原至黑色，且分散均勻，肉眼看不到沉淀(大約25min)，停止還原，得到部分還原石墨烯溶液； 3)將部分還原石墨烯溶液浸入液氨快速冷凍至全部凝固后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干;
4)將凍干后的樣品于160°C氫碘酸/三氟乙酸蒸汽(V/V=2:1)還原lh，得到石墨烯納米卷;
5)以石墨烯納米卷作為電容器兩極，4mol/L氫氧化鉀溶液為電解質(zhì)，組裝成雙電極電容器。
[0022]該超級電容器在10mV/S掃描速率下利用循環(huán)伏安法計(jì)算的比電容為64F/g，能量密度為1.5ffh/kg,由10mV/S到1000mV/S的電容保持率為54% ;在0.5A/g電流密度下利用恒電流充放電法計(jì)算的比電容為60F/g，能量密度為1.5ffh/kg,由0.5A/g到ΙΟΑ/g的電容保持率為76%。
[0023]實(shí)施例4:
1)將片層平均尺寸為1ym2氧化石墨烯原料溶于水并攪拌，得到質(zhì)量百分含量為0.1%的氧化石墨烯溶液；
2)將上述氧化石墨烯溶液置于70°C油浴,加入60μ L氫碘酸溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%)還原至黑色，且分散均勻，肉眼看不到沉淀(大約5min)，停止還原，得到部分還原石墨烯溶液；
3)將部分還原石墨烯溶液浸入液氨快速冷凍至全部凝固后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干;
4)將凍干后的樣品于50°C氫碘酸/乙酸蒸汽(V/V=l:2)還原24h，得到石墨烯納米卷；
5)以石墨烯納米卷作為電容器兩極，lmol/L硫酸溶液為電解質(zhì)，組裝成雙電極電容器。
[0024]該超級電容器在10mV/S掃描速率下利用循環(huán)伏安法計(jì)算的比電容為57.4F/g，能量密度為1.6ffh/kg,由10mV/S到1000mV/S的電容保持率為57% ;在0.5A/g電流密度下利用恒電流充放電法計(jì)算的比電容為62F/g，能量密度為1.6ffh/kg,由0.5A/g到ΙΟΑ/g的電容保持率為74%。
[0025]實(shí)施例5:
1)將片層平均尺寸為10000μ m2氧化石墨烯原料溶于水并攪拌，得到質(zhì)量百分含量為0.005%的氧化石墨烯溶液；
2)將上述氧化石墨烯溶液置于60oC油浴，加入20μ L濃度為85%的水合肼溶液還原至黑色，且分散均勻，肉眼看不到沉淀(大約30min)，停止還原，得到部分還原石墨烯溶液；
3)將部分還原石墨烯溶液浸入液氮快速冷凍至全部凝固后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干;
4)將凍干后的樣品于氫氣/氬氣混合氣氛下1300°C還原lh，得到石墨烯納米卷；
5)以石墨烯納米卷作為電容器兩極，lmol/L硫酸溶液為電解質(zhì)，組裝成雙電極電容器。
[0026]該超級電容器在10mV/S掃描速率下利用循環(huán)伏安法計(jì)算的比電容為96F/g，能量密度為2.1 ffh/kg,由10mV/S到1000mV/S的電容保持率為55% ；lA/g電流密度下利用恒電流充放電法計(jì)算的比電容為78.6 F/g，能量密度為1.7 ffh/kg,由0.5A/g到ΙΟΑ/g的電容保持率為96%。
[0027]實(shí)施例6:1)將片層平均尺寸為50 μ m2氧化石墨烯原料溶于水并攪拌，得到質(zhì)量百分含量為0.05%的氧化石墨烯溶液；
2)將上述氧化石墨烯溶液置于60oC油浴，加入20μ L濃度為85%的水合肼溶液還原至黑色，且分散均勻，肉眼看不到沉淀(大約30min)，停止還原，得到部分還原石墨烯溶液；
3)將部分還原石墨烯溶液浸入液氮快速冷凍至全部凝固后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干;
4)將凍干后的樣品于氮?dú)庵?00°C還原12h，得到石墨烯納米卷；
5)以石墨烯納米卷作為電容器兩極，lmol/L硫酸溶液為電解質(zhì)，組裝成雙電極電容器。
[0028]該超級電容器在10mV/S掃描速率下利用循環(huán)伏安法計(jì)算的比電容為96F/g，能量密度為2.1 ffh/kg,由10mV/S到1000mV/S的電容保持率為55% ；lA/g電流密度下利用恒電流充放電法計(jì)算的比電容為78.6 F/g,能量密度為1.7 ffh/kg,由0.5A/g到ΙΟΑ/g的電容保持率為96%。
[0029]實(shí)施例7:
O將片層平均尺寸為0.25 μ m2氧化石墨烯原料溶于水并攪拌，得到質(zhì)量百分含量為0.005%的氧化石墨烯溶液；
2)將上述氧化石墨烯溶液置于70°C油浴，20μ L質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的水合肼溶液還原至黑色，且分散均勻，肉眼看不到沉淀(大約45min)，停止還原，得到部分還原石墨烯溶液；
3)將部分還原石墨烯溶液浸入液氮快速冷凍至全部凝固后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干;
4)將凍干后的樣品于90°C氫碘酸/乙酸蒸汽還原12h，再于120°C真空干燥12h得到石墨烯納米卷；
5)以石墨烯納米卷作為電容器兩極，lmol/L硫酸溶液為電解質(zhì)，組裝成雙電極電容器。
[0030]該超級電容器在10mV/S掃描速率下利用循環(huán)伏安法計(jì)算的比電容為78F/g，能量密度為1.7 ffh/kg,由10mV/S到1000mV/S的電容保持率為31% ；0.5A/g電流密度下利用恒電流充放電法計(jì)算的比電容為68.3 F/g,能量密度為1.5 ffh/kg,由0.5A/g到ΙΟΑ/g的電容保持率為62%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯納米卷超級電容器的制備方法，其特征在于，它的步驟如下: (1)將面積大于0.0l μ m2氧化石墨烯溶于水，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005-1%的氧化石墨烯溶液； (2)用化學(xué)還原法將步驟I得到的氧化石墨烯溶液還原至黑色且分散均勻； (3)將步驟2還原后的石墨烯溶液用液氮或液氨冷凍至凝固后，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干; (4)用化學(xué)還原法或高溫?zé)崽幚矸▽⒉襟E3凍干后的產(chǎn)物充分還原，得到石墨烯納米卷; (5)以石墨烯納米卷作為電容器兩極，組裝成雙電極電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4中的化學(xué)還原法具體為:用溫度為50-160°C的還原性氣體還原凍干后的氧化石墨烯1-24小時(shí)，所述還原性氣體選自水合肼蒸汽、氫碘酸/乙酸蒸汽、氫碘酸/三氟乙酸蒸汽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4中的高溫?zé)崽幚砭唧w為:用氮?dú)狻鍤饣驓錃?氬氣混合氣體在800-1300°C還原凍干后的氧化石墨烯1-12小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了石墨烯納米卷超級電容器的制備方法。它的步驟如下：1）將氧化石墨烯原料溶于水，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-1%的氧化石墨烯溶液；2）用化學(xué)還原法將上述氧化石墨烯溶液還原至黑色且分散均勻；3）還原后的石墨烯溶液用液氮或液氨快速冷凍至凝固后，轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干；4）用化學(xué)還原法或高溫?zé)崽幚矸▽⑸鲜鰞龈蓸悠飞疃冗€原，得到石墨烯納米卷；5）以石墨烯納米卷作為電容器兩極，組裝成常用的雙電極電容器。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)石墨烯納米卷高轉(zhuǎn)化率、大規(guī)模制備，且操作簡便、成本低、環(huán)境友好，電容器比電容、能量密度高，具有良好的抗壓性，可用于高能量密度儲能材料、器件等領(lǐng)域。
【IPC分類】H01G11-84, H01G11-86
【公開號】CN104576083
【申請?zhí)枴緾N201510006310
【發(fā)明人】高超, 鄭冰娜
【申請人】浙江碳谷上希材料科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月7日