CN109065373A - 一种基于石墨烯电极的超级电容器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于石墨烯电极的超级电容器及其制作方法，涉及超级电容技术领域，具体步骤为：步骤1、石墨烯电极材料制备；步骤2、石墨烯电极制备；步骤3、集电极制备；步骤4、利用粉末压片机将步骤2制备的石墨烯电极压在步骤2制备的集电极上，形成以泡沫镍为集电极、石墨烯为电极材料的超级电容器电极部分；步骤5、隔膜制备，将聚四氟乙烯微孔滤膜裁切成与石墨烯电极和集电极相同的尺寸，在1mol/L的Et4NBF4/PC有机溶液中，浸泡8～10h；步骤6、将制备的石墨烯电极、集电极和隔膜组装成超级电容器成品。本发明超级电容器成本低、内阻低且容量大。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容技术领域，尤其是一种基于石墨烯电极的超级电容器及其制作方法。
背景技术
目前市面上，圆柱形的卷绕式超级电容器较为常见，因为在卷绕式的设计可以在一定程度上降低封装成本，并且成本便宜，循环寿命更长，组件数量较少，热管理效率高，但是同时这样的设计又存在着不足，比如自身的厚度限制不能应用与平板设计，而且卷绕式超级电容器受尺寸限制一般能量密度较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、内阻低且容量大的基于石墨烯电极的超级电容器及其制作方法。
本发明基于石墨烯电极的超级电容器的制作方法，具体步骤为：
步骤1、石墨烯电极材料制备，具体步骤为：
步骤11、将氧化石墨烯絮状粉末进行热处理，温度为280℃～340℃，热处理时间为2～3min，获得黑色絮状的石墨烯粉末；
步骤12、将步骤11得到的石墨烯粉末置于管式炉中的还原环境下处理，温度为480℃～540℃，处理时间为70～100min，石墨烯电极材料；
步骤2、石墨烯电极制备，具体步骤为：
步骤21、将乙醇与聚四氟乙烯乳液按重量比为5:3加入搅拌器中，充分搅拌20～25min,得到混合溶液；
步骤22、将步骤1得到的石墨烯电极材料与步骤21得到的混合溶液按重量比为2:7加入搅拌器中，搅拌至粘稠状；
步骤23、将步骤22得到的粘稠状混合物在对辊机上压成厚度为0.8mm～1mm的薄片；
步骤24、将步骤23获得薄片根据电容器的尺寸裁成相应尺寸，称重待用；
步骤3、集电极制备，将泡沫镍裁剪成步骤2制备石墨烯电极相同的尺寸，在15％HCl中浸泡8～12min，再移至去离子水中浸泡8～12min，最后于乙醇中浸泡8～12min,烘干待用；
步骤4、利用粉末压片机将步骤2制备的石墨烯电极压在步骤2制备的集电极上，形成以泡沫镍为集电极、石墨烯为电极材料的超级电容器电极部分；
步骤5、隔膜制备，将聚四氟乙烯微孔滤膜裁切成与石墨烯电极和集电极相同的尺寸，在1mol/L的Et4NBF4/PC有机溶液中，浸泡8～10h；
步骤6、将制备的石墨烯电极、集电极和隔膜组装成超级电容器成品。
作为优选，所述步骤21中的聚四氟乙烯乳液重量百分比为40～50wt.％。
本发明提供的基于石墨烯电极的超级电容器及其制作方法，其有益效果在于：
1、充放电时间短，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；
2、实用寿命长，其在储能的过程中不发生化学反应，储能过程是可逆的，所以超级电容器可以反复充放电次数超过50万次，为普通锂电池的500倍；
3、工作温度范围宽，超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；
4、充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路；
5、功率密度高，可达300W/kg～5000W/kg，这相当于锂电池的2～30倍；
6、安全系数高，长期使用免维护，不会出现爆炸和着火等问题。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。
实施例1
本实施例提出的基于石墨烯电极的超级电容器的制作方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1、石墨烯电极材料制备，具体步骤为：
步骤11、将氧化石墨烯絮状粉末进行热处理，温度为280℃，热处理时间为2min，获得黑色絮状的石墨烯粉末；
步骤12、将步骤11得到的石墨烯粉末置于管式炉中的还原环境下处理，温度为480℃，处理时间为70min，石墨烯电极材料；
步骤2、石墨烯电极制备，具体步骤为：
步骤21、将乙醇与聚四氟乙烯乳液按重量比为5:3加入搅拌器中，聚四氟乙烯乳液重量百分比为40wt.％，充分搅拌20min,得到混合溶液；
步骤22、将步骤1得到的石墨烯电极材料与步骤21得到的混合溶液按重量比为2:7加入搅拌器中，搅拌至粘稠状；
步骤23、将步骤22得到的粘稠状混合物在对辊机上压成厚度为0.8mm的薄片；
步骤24、将步骤23获得薄片根据电容器的尺寸裁成相应尺寸，称重待用；
步骤3、集电极制备，将泡沫镍裁剪成步骤2制备石墨烯电极相同的尺寸，在15％HCl中浸泡8min，再移至去离子水中浸泡8min，最后于乙醇中浸泡8min,烘干待用；
步骤4、利用粉末压片机将步骤2制备的石墨烯电极压在步骤2制备的集电极上，形成以泡沫镍为集电极、石墨烯为电极材料的超级电容器电极部分；
步骤5、隔膜制备，将聚四氟乙烯微孔滤膜裁切成与石墨烯电极和集电极相同的尺寸，在1mol/L的Et4NBF4/PC有机溶液中，浸泡8h；
步骤6、将制备的石墨烯电极、集电极和隔膜组装成超级电容器成品。
实施例2
本实施例提出的基于石墨烯电极的超级电容器的制作方法，具体步骤为：
步骤1、石墨烯电极材料制备，具体步骤为：
步骤11、将氧化石墨烯絮状粉末进行热处理，温度为340℃，热处理时间为3min，获得黑色絮状的石墨烯粉末；
步骤12、将步骤11得到的石墨烯粉末置于管式炉中的还原环境下处理，温度为540℃，处理时间为100min，石墨烯电极材料；
步骤2、石墨烯电极制备，具体步骤为：
步骤21、将乙醇与聚四氟乙烯乳液按重量比为5:3加入搅拌器中，聚四氟乙烯乳液重量百分比为50wt.％，充分搅拌25min,得到混合溶液；
步骤22、将步骤1得到的石墨烯电极材料与步骤21得到的混合溶液按重量比为2:7加入搅拌器中，搅拌至粘稠状；
步骤23、将步骤22得到的粘稠状混合物在对辊机上压成厚度为1mm的薄片；
步骤24、将步骤23获得薄片根据电容器的尺寸裁成相应尺寸，称重待用；
步骤3、集电极制备，将泡沫镍裁剪成步骤2制备石墨烯电极相同的尺寸，在15％HCl中浸泡12min，再移至去离子水中浸泡12min，最后于乙醇中浸泡12min,烘干待用；
步骤4、利用粉末压片机将步骤2制备的石墨烯电极压在步骤2制备的集电极上，形成以泡沫镍为集电极、石墨烯为电极材料的超级电容器电极部分；
步骤5、隔膜制备，将聚四氟乙烯微孔滤膜裁切成与石墨烯电极和集电极相同的尺寸，在1mol/L的Et4NBF4/PC有机溶液中，浸泡10h；
步骤6、将制备的石墨烯电极、集电极和隔膜组装成超级电容器成品。
实施例3
本实施例提出的基于石墨烯电极的超级电容器的制作方法，具体步骤为：
步骤1、石墨烯电极材料制备，具体步骤为：
步骤11、将氧化石墨烯絮状粉末进行热处理，温度为300℃，热处理时间为2.5min，获得黑色絮状的石墨烯粉末；
步骤12、将步骤11得到的石墨烯粉末置于管式炉中的还原环境下处理，温度为500℃，处理时间为80min，石墨烯电极材料；
步骤2、石墨烯电极制备，具体步骤为：
步骤21、将乙醇与聚四氟乙烯乳液按重量比为5:3加入搅拌器中，聚四氟乙烯乳液重量百分比为45wt.％，充分搅拌23min,得到混合溶液；
步骤22、将步骤1得到的石墨烯电极材料与步骤21得到的混合溶液按重量比为2:7加入搅拌器中，搅拌至粘稠状；
步骤23、将步骤22得到的粘稠状混合物在对辊机上压成厚度为0.9mm的薄片；
步骤24、将步骤23获得薄片根据电容器的尺寸裁成相应尺寸，称重待用；
步骤3、集电极制备，将泡沫镍裁剪成步骤2制备石墨烯电极相同的尺寸，在15％HCl中浸泡10min，再移至去离子水中浸泡10min，最后于乙醇中浸泡10min,烘干待用；
步骤4、利用粉末压片机将步骤2制备的石墨烯电极压在步骤2制备的集电极上，形成以泡沫镍为集电极、石墨烯为电极材料的超级电容器电极部分；
步骤5、隔膜制备，将聚四氟乙烯微孔滤膜裁切成与石墨烯电极和集电极相同的尺寸，在1mol/L的Et4NBF4/PC有机溶液中，浸泡9h；
步骤6、将制备的石墨烯电极、集电极和隔膜组装成超级电容器成品。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于石墨烯电极的超级电容器的制作方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1、石墨烯电极材料制备，具体步骤为：
步骤11、将氧化石墨烯絮状粉末进行热处理，温度为280℃～340℃，热处理时间为2～3min，获得黑色絮状的石墨烯粉末；
步骤12、将步骤11得到的石墨烯粉末置于管式炉中的还原环境下处理，温度为480℃～540℃，处理时间为70～100min，石墨烯电极材料；
步骤2、石墨烯电极制备，具体步骤为：
步骤21、将乙醇与聚四氟乙烯乳液按重量比为5:3加入搅拌器中，充分搅拌20～25min,得到混合溶液；
步骤22、将步骤1得到的石墨烯电极材料与步骤21得到的混合溶液按重量比为2:7加入搅拌器中，搅拌至粘稠状；
步骤23、将步骤22得到的粘稠状混合物在对辊机上压成厚度为0.8mm～1mm的薄片；
步骤24、将步骤23获得薄片根据电容器的尺寸裁成相应尺寸，称重待用；
步骤3、集电极制备，将泡沫镍裁剪成步骤2制备石墨烯电极相同的尺寸，在15％HCl中浸泡8～12min，再移至去离子水中浸泡8～12min，最后于乙醇中浸泡8～12min,烘干待用；
步骤4、利用粉末压片机将步骤2制备的石墨烯电极压在步骤2制备的集电极上，形成以泡沫镍为集电极、石墨烯为电极材料的超级电容器电极部分；
步骤5、隔膜制备，将聚四氟乙烯微孔滤膜裁切成与石墨烯电极和集电极相同的尺寸，在1mol/L的Et4NBF4/PC有机溶液中，浸泡8～10h；
步骤6、将制备的石墨烯电极、集电极和隔膜组装成超级电容器成品。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电极的超级电容器的制作方法，其特征在于：所述步骤21中的聚四氟乙烯乳液重量百分比为40～50wt.％。
3.一种由权利要求1或2所述制作方法制备得到的基于石墨烯电极的超级电容器。
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