一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超級電容器用薄膜材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2004年，英國Manchester大學(xué)的Geim等人發(fā)現(xiàn)了由碳原子以Sp2雜化連接形成的單原子層二維晶體-石墨烯(Graphene)，石墨烯是繼富勒烯與碳納米管之后被人們發(fā)現(xiàn)的又一新的碳元素結(jié)構(gòu)形態(tài)，是目前最理想的二維納米材料之一。石墨烯的發(fā)現(xiàn)，使人們對碳元素的多樣性有了更深刻的認(rèn)識，形成了從零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯到三維的金剛石與石墨完整碳家族體系。作為一種室溫下穩(wěn)定存在的二維量子體系，石墨烯的發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)凝聚態(tài)物理理論，推翻了以前人們普遍認(rèn)為的嚴(yán)格二維晶體無法在有限的溫度下存在的預(yù)言，對凝聚態(tài)物理理論的發(fā)展可能產(chǎn)生重大的影響。石墨烯是一種嚴(yán)格的二維晶體材料，因其具有獨特的結(jié)構(gòu)與性能，已迅速成為國際新材料領(lǐng)域研宄的熱點。
[0003]M.D.Stoller 等人在 Nano Letter 8 (2008) 3498-3452 首次報道了用于超級電容器電極材料的石墨烯粉體，這種方法制備的石墨烯材料在水性電解液中比電容達(dá)到了135F/g。但是這種化學(xué)法制備的石墨烯仍是粉體需要與粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑的復(fù)合才能制成超級電容器電極。X.F.Duan等人在ACS Nano DO1: 10.1021/nn4000836上報道了采用水熱法制備具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯薄膜超級電容器電極，并且這種石墨烯電極展現(xiàn)出了杰出的體積比電容和質(zhì)量比電容。
[0004]然而，現(xiàn)在通常用來制備石墨烯薄膜的方法包括化學(xué)氣相沉積法、抽濾成膜法及水熱法等，制備過程復(fù)雜，設(shè)備要求高，產(chǎn)量低都不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]本權(quán)利申請采用刮涂法成膜，并采用光照還原，制備過程還原過程都簡單易行。目前尚未見到采用光照還原法制備高取向石墨烯薄膜電極材料的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法，該方法工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，所制備的超級電容器用高取向石墨烯薄膜具有較好柔韌性，比電容高，在柔性超級電容器、鋰離子電池等柔性儲能領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的一種超級電容器用高取向石墨烯薄膜的制備方法，包括:
[0008](I)將氧化石墨進行洗滌，然后加入去離子水中，得到懸浮液，超聲、離心洗滌去除未剝離石墨粉體，然后將上清液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到氧化石墨漿料；
[0009](2)將氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面，制得氧化石墨薄膜，然后進行照射還原處理，即得高取向石墨烯薄膜。
[0010]所述步驟(I)中洗滌為去離子水洗滌2-4次。
[0011]所述步驟(I)中懸浮液的濃度為0.5?6mg/mL。
[0012]所述步驟(I)中超聲時間為l_3h。
[0013]所述步驟(I)中離心洗滌為:2500?3500r/min條件下離心10?40min。
[0014]所述步驟(I)中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)為40?55°C條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)。
[0015]所述步驟(2)中氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面具體為:將表面清洗好的銅箔吸附于刮涂機表面，將刮涂刀具設(shè)定厚度，啟動刮涂機將氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面。
[0016]所述刮涂刀具設(shè)定厚度為50?200 μ m。
[0017]所述步驟(2)中照射還原處理為:置于氙燈下10?20cm處照射還原3_12h。
[0018]本發(fā)明將氧化石墨制備成可刮涂的漿料，刮涂在導(dǎo)電基底表面，制備成大面積的氧化石墨薄膜，并采用簡單的光照還原方法，將氧化石墨薄膜還原成高取向石墨烯薄膜。具有高度取向的石墨烯薄膜層間電荷傳輸電阻低，十分有利于電荷直接導(dǎo)入到導(dǎo)電的集流體表面。
[0019]采用本方法制備的超級電容器用高取向石墨烯薄膜，制備工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，所制備的超級電容器用高取向石墨烯薄膜具有較好柔韌性，比電容高，在柔性超級電容器、鋰離子電池等柔性儲能領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用。
[0020]有益效果
[0021](I)該方法制備工藝簡單，成膜過程無需導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，還原過程采用光照還原，無需化學(xué)試劑及加熱過程；
[0022](2)該方法制備的超級電容器用石墨烯薄膜有較好柔韌性，比電容高，在柔性超級電容器、鋰離子電池等柔性儲能領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1中高取向石墨烯薄膜、石墨烯粉體、氧化石墨粉體及原始石墨的X射線衍射圖譜；
[0024]圖2為實施例1制備的各種樣品的數(shù)碼照片:㈧氧化石墨薄膜；⑶圖為還原之后的高取向石墨烯薄膜；(C)圖為自支撐的高取向石墨烯薄膜。
[0025]圖3為實施例1制備的高取向石墨烯薄膜三電極測試的阻抗圖譜，插圖為高頻區(qū)域圖譜；
[0026]圖4為實施例1制備的高取向石墨烯薄膜三電極測試在IM硫酸鈉電解液中不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線；
[0027]圖5為實施例1制備的石墨烯薄膜三電極測試結(jié)構(gòu)在IM硫酸鈉電解液中不同電流密度下首次恒流充放電曲線。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0029]實施例1
[0030]將氧化石墨用去離子水洗滌2次后配制成濃度為0.5mg/mL的去離子水懸浮液，超聲lh，2500r/min離心40min洗滌去除未剝離石墨粉體，將上清液在40°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至形成氧化石墨漿料。將表面清洗好的銅箔吸附于刮涂機表面，將刮涂刀具設(shè)定為50 μ m，啟動刮涂機將氧化石墨漿料刮涂在銅箔表面，制得氧化石墨薄膜，將氧化石墨薄膜置于氙燈下1cm處照射還原3h即得。
[0031]圖1為高取向石墨烯薄膜、石墨烯粉體、氧化石墨粉體及原始石墨的X射線衍射圖譜。圖中原始石墨的衍射