CN111653436B - 一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用 - Google Patents
一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111653436B CN111653436B CN202010524158.4A CN202010524158A CN111653436B CN 111653436 B CN111653436 B CN 111653436B CN 202010524158 A CN202010524158 A CN 202010524158A CN 111653436 B CN111653436 B CN 111653436B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon aerogel
- graphene
- graphene film
- flexible
- flexible supercapacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 11
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 11
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 7
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 5
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 13
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 10
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 3
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及柔性超级电容器用碳材料领域，具体涉及一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用，将氧化石墨烯、炭气凝胶均匀地分散于水中，经真空过滤、冷冻干燥、真空干燥、高温煅烧处理所得的炭气凝胶/石墨烯薄膜用作柔性超级电容器的正负工作电极，获得了高循环寿命、安全性高的柔性超级电容器，在充放电循环10000次后，仍然具有较高的容量保持率和较低的阻抗，电容性能未发生较大变化。
Description
技术领域
本发明涉及柔性超级电容器用碳材料领域，具体涉及一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用。
背景技术
随着科学技术的快速发展,可穿戴、柔性、可折叠、便携式电子器件受到人们极大的关注。这些电子器件要求具备伴随其性质的柔性储能元件，然而，目前的电池和超级电容器作为主要的柔性储能元件仍存在着缺陷。例如，锂离子电池(LIB)具有高比容量，但由于在电极中固态离子扩散缓慢以及在循环过程中体积变化大，通常表现出低倍率能力和低循环寿命。与LIB相比，超级电容器(SCs)的充放电过程不涉及化学相和成分的变化，因此，SCs显示出高功率密度、长循环寿命和快速充放电速率，但由于缺乏既具有高的电子和离子导电性，又具有良好的机械柔韧性的电极材料，制造这种柔性储能装置仍然是一个巨大的挑战。
目前石墨烯、炭气凝胶均是超级电容器常用的电极材料；其中，石墨烯由单层碳原子构成，是最薄的二维材料，具有高电导率、比表面积大、柔韧性好等优点，被认为是比较有前景的超级电容器电极材料，但石墨烯片层间的范德华力以及π-π键的相互作用使其片层易于堆叠，因此造成不可逆的堆积和团聚问题，故而实际比表面积的利用率极大降低，电荷转移和电解质离子扩散的路径受到阻碍,从而削弱了其电化学性能，加之受储能原理限制，石墨烯的堆积和团聚问题会造成其储能容量较低，这些原因使得石墨烯用作柔性超级电容器电极材料仍面临着重大问题和技术难点。炭气凝胶具有尺寸可调、三维多孔通道和易于掺杂改性等优异性质而备受关注，但炭气凝胶的比表面积较低及柔韧性较差，大大限制了其在柔性电容器中的实际应用。
在文献《石墨烯/炭气凝胶的制备及电化学性能研究》中则列举了：1)将还原的氧化石墨烯与RF炭气凝胶直接物理共混，但所得材料的比表面积较低(648m2/g)；2)将GO经过聚乙烯亚胺修饰后再与RF复合，得到的复合材料比表面积为792m2/g，但微孔孔容较低。3)将苯酚、甲醛与GO水热反应后炭化，所得产物的比表面积较高(1019m2/g)，但比电容仅为99F/g。所以，通过复合法调控炭气凝胶的孔结构，进而提高炭气凝胶的比表面积和比电容仍存在较大的难度。所以，石墨烯复合炭气凝胶材料应用于超级电容器仍有待深入研究。
另外，与普通超级电容器相比，柔性超级电容器具有体积小、低质量、可靠性高和操作温度范围宽等优点，还具有机械柔性，使柔性超级电容器具有有益的电化学性能和广泛的应用范围，这使得柔性超级电容器对体积比电容、机械柔性及安全性等要求更高。而查阅《全生物质基柔性超级电容器的研究》中“不同碳材料作为超级电容器电极材料性能和特点参照表”可知：现有材料用作柔性超级电容器电极材料仍不理想。
不同碳材料作为超级电容器电极材料性能和特点参照表：
由此可知，目前使用碳纳米管、炭气凝胶以及活化碳纤维等材料均不能满足柔性超级电容器电极的要求；所以研究一种符合柔性超级电容器用电极尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用，是将炭气凝胶/石墨烯薄膜用作柔性超级电容器的正负工作电极。
所述炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用，其应用方法：将炭气凝胶/石墨烯薄膜切割成长为30mm、宽为30mm的小块，即为正负极工作电极。
所述柔性超级电容器，其隔膜为聚丙烯隔膜(PP)，其电解液为LiPF6、BMIMPF6、DMC、LiCO3中任意一种或多种的混合物，其封装外壳：柔性铝塑膜。
所述炭气凝胶/石墨烯薄膜是将氧化石墨烯、炭气凝胶均匀地分散于水中，经真空过滤、冷冻干燥、真空干燥、高温煅烧处理所得。
所述炭气凝胶/石墨烯薄膜，其制备方法：将氧化石墨烯(GO)与炭气凝胶(CA)分散于去离子水中，经超声处理4-10h，制得均匀分散的悬浮液，采用混合纤维素酯滤膜对悬浮液进行真空过滤，得CA/GO，将其冷冻干燥24-48h，然后在120-180℃下真空干燥24-48h，再将CA/GO在Ar气氛中升温至800-1000℃，退火，即得薄膜。
所述炭气凝胶/石墨烯薄膜中炭气凝胶与石墨烯的质量比为1：5。
所述混合纤维素酯滤膜，其孔径为10μm-0.8mm。
所述升温，其速率为2-10℃/min。
所述退火，其时间为2-5h。
有益效果：
本发明将炭气凝胶/石墨烯薄膜用作柔性超级电容器电极，并对电解液进行合理设计，获得了高循环寿命、安全性高的柔性超级电容器，在充放电循环10000次后，仍然具有较高的容量保持率和较低的阻抗，电容性能未发生较大变化。
本发明中柔性超级电容器电极的制备工艺简单，电容器采用常规装配方法即得，因此，具有良好的工业化应用能力。
本发明中利用炭气凝胶和石墨烯进行作用并控制两者用量，使得炭气凝胶颗粒能够均匀地嵌入在石墨烯片层之间，形成三维网络分级结构，从而在充放电过程中能够提供更多的能量储存的活性位点，有利于提高材料的电容容量；同时炭球颗粒中含有非常丰富的三维连续多孔结构，这些孔道结构为离子在材料中的传输提供了大量的通道，有利于降低离子的传输距离和材料内部结构在快速充放电时的充分使用，进而显著提高了电容容量，由于碳气凝胶的键入，避免了石墨烯片层紧密堆积或团聚，进而使得材料呈现松散堆叠。最重要的是本申请选用石墨烯与炭气凝胶制成薄膜，不仅可满足柔性超级电容器电极材料的要求，石墨烯还兼具集流体的作用，进而大幅降低了超级电容器的内阻，极大提升了其电化学性能。
本申请中控制炭气凝胶与石墨烯的质量比为1：5，若质量比过大，难以制成柔性材料；若质量比过小，会形成石墨烯集聚体；本申请为了探索柔性超级电容器用电极材料，同时解决传统常用的电极材料的缺陷，将石墨烯与炭气凝胶复合，可以通过炭气凝胶颗粒嵌入到石墨烯片层中，从而大大降低石墨烯的堆积和团聚问题，从而大幅提高石墨烯的有效比表面积，并且也可以缩短电解液中离子的迁移路径，从而提升其在柔性超级电容器中的电化学性能。同时，为了验证两者复合的效果，本申请人选用了石墨烯与二氧化硅凝胶复合，但由于二氧化硅凝胶不导电，因此极大的降低了电极电化学性能；选用了碳纳米管复合炭气凝胶、碳纤维复合炭气凝胶，但由于碳纳米管、碳纤维的比表面积小，使得活性位点数减少。另外，本申请选用氮掺杂石墨烯复合炭气凝胶、镍掺杂石墨烯复合炭气凝胶，发现效果与石墨烯复合炭气凝胶相近，但是工艺较复杂。
在薄膜制作过程中，薄膜的厚度可通过调节水悬浮液的浓度或体积来控制，该手段操作简单且易控制。
本发明利用真空抽滤，使炭气凝胶与氧化石墨烯的水溶液在大部分水分抽出的过程中成膜，能够提高复合材料的柔韧性，在将其经煅烧处理便可形成一种柔性薄膜电极。
将石墨烯与炭其凝胶的混合物进行成膜处理，结合冷冻干燥，有效地去除了大部分水分，同时能够最大限度地保留孔隙结构，再结合真空高温干燥使得微观空隙结构中的水分得以脱除。升温速率与退火时间会影响材料的比表面积与孔径分布，从而影响材料的电化学性能。升温速率过快会造成材料的微观孔隙结构塌陷，过慢又会造成材料表面的孔径大小降低，影响材料的孔径分布。
本发明的电解液有助于提升电容器的功率密度和能量密度。由于电解液电压窗口宽，即△V大，根据能量密度计算公式E＝C△V2/7.2和功率密度计算公式P＝3600E/△t，因此E和P就会几何的增加。
本发明的柔性电容器其能量密度、功率密度是19Wh/kg、28kW/kg与文献《石墨烯基柔性超级电容器复合电极材料的研究进展》中公开的数据如表1所示：
相比之下，本申请无须柔性基底材料。
附图说明
图1为实施例1制备的柔性超级电容器的循环寿命曲线；
图2为实施例1制备的柔性超级电容器的循环伏安曲线；
图3为实施例1制备的柔性超级电容器的交流阻抗曲线。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
(1)将500mg氧化石墨烯与100mg炭气凝胶分散在100ml去离子水中，超声10h以形成均匀分散体，得悬浮液；
(2)用孔径0.8mm混合纤维素酯滤膜对悬浮液进行真空过滤，得炭气凝胶/石墨烯薄膜半成品；
(3)将炭气凝胶/石墨烯薄膜半成品冷冻干燥48h，然后在120℃下真空干燥24h，再置于Ar气氛中以5℃/min的速率升温至1000℃，退火5h，得炭气凝胶/石墨烯薄膜；
(4)将炭气凝胶/石墨烯薄膜切割成长×宽为300mm×30mm的小块，并作为为正负极的工作电极；
(5)在铝塑膜中依次放入炭气凝胶/石墨烯薄膜、聚丙烯隔膜、炭气凝胶/石墨烯薄膜，将极耳的一端分别与阳极和阴极相连，另一端伸出铝塑膜，再加入LiPF6电解液，最后对铝塑膜进行抽真空热封装，得柔性超级电容器；
采用电池测试系统进行了循环伏安和容量保持率测试，结果分别如图1、图2、图3所示；
图1为实施例1制备的柔性超级电容器的循环寿命曲线，由图可知：以石墨烯与碳气凝胶复合的电极材料制备的柔性超级电容器在0.5A/g的电流密度下，进行充放电循环10000次后，容量保持率仍然在90％左右，表现出了优异的循环稳定性，可以大大延长可穿戴设备的使用寿命。
图2为实施例1制备的柔性超级电容器的循环伏安曲线，由图可知：超级电容器的循环伏安曲线表现出了理想的矩形形状，呈现出了比较优异的电容行为与可逆性。
图3为实施例1制备的柔性超级电容器的交流阻抗曲线，由图可知：由阻抗曲线可以看出，所制备的材料在高频区圆弧半径较小，在低频区的阻抗曲线也呈现出较好的电容特性，说明这种石墨烯/炭气凝胶复合材料是一种有较大应用前景的电极材料。
实施例2
本实施例提供了一种柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
(1)将500mg氧化石墨烯与100mg炭气凝胶分散在100ml去离子水中，超声4h以形成均匀分散体，得悬浮液；
(2)用孔径10μm混合纤维素酯滤膜对悬浮液进行真空过滤，得炭气凝胶/石墨烯薄膜半成品；
(3)将炭气凝胶/石墨烯薄膜半成品冷冻干燥24h，然后在120℃下真空干燥24h，再置于Ar气氛中以2℃/min的速率升温至800℃，退火2h，得炭气凝胶/石墨烯薄膜；
(4)将炭气凝胶/石墨烯薄膜切割成长×宽为300mm×30mm的小块，并作为为正负极的工作电极；
(5)在铝塑膜中依次放入炭气凝胶/石墨烯薄膜、聚丙烯隔膜、炭气凝胶/石墨烯薄膜，将极耳的一端分别与阳极和阴极相连，另一端伸出铝塑膜，再加入电解液，最后对铝塑膜进行抽真空热封装，得柔性超级电容器；
所述柔性超级电容器，其电解液为BMIMPF6。
实施例3
本实施例提供了一种柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
(1)将500mg氧化石墨烯与100mg炭气凝胶分散在100ml去离子水中，超声7h以形成均匀分散体，得悬浮液；
(2)用孔径0.1mm混合纤维素酯滤膜对悬浮液进行真空过滤，得炭气凝胶/石墨烯薄膜半成品；
(3)将炭气凝胶/石墨烯薄膜半成品冷冻干燥36h，然后在150℃下真空干燥30h，再置于Ar气氛中以10℃/min的速率升温至900℃，退火2-5h，得炭气凝胶/石墨烯薄膜；
(4)将炭气凝胶/石墨烯薄膜切割成长×宽为300mm×30mm的小块，并作为为正负极的工作电极；
(5)在铝塑膜中依次放入炭气凝胶/石墨烯薄膜、聚丙烯隔膜、炭气凝胶/石墨烯薄膜，将极耳的一端分别与阳极和阴极相连，另一端伸出铝塑膜，再加入DMC电解液，最后对铝塑膜进行抽真空热封装，得柔性超级电容器。
实施例4
本实施例在实施例1的基础上，将电解液替换为LiCO3。
实施例5
本实施例在实施例1的基础上，将电解液替换为LiPF6、BMIMPF6、DMC、LiCO3的混合物。
采用电池测试系统进行了循环伏安和容量保持率测试，实施例2-实施例5的结果与实施例1相近，其中在0.5A/g的电流密度下，进行充放电循环10000次后，容量保持率仍然在90％左右；循环伏安曲线表现出了理想的矩形形状，呈现出了比较优异的电容行为与可逆性。阻抗曲线在高频区圆弧半径较小，在低频区的阻抗曲线也呈现出较好的电容特性。
Claims (4)
1.一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用，其特征在于，所述炭气凝胶/石墨烯薄膜用作柔性超级电容器的正负工作电极；所述炭气凝胶/石墨烯薄膜是将氧化石墨烯、炭气凝胶均匀地分散于水中，经真空过滤、冷冻干燥、真空干燥、高温煅烧处理所得；
所述炭气凝胶/石墨烯薄膜，其制备方法：将氧化石墨烯(GO)与炭气凝胶(CA)分散于去离子水中，经超声处理4-10h，制得均匀分散的悬浮液，采用混合纤维素酯滤膜对悬浮液进行真空过滤，得CA/GO，将其冷冻干燥24-48h，然后在120-180℃下真空干燥24-48h，再将CA/GO在Ar气氛中升温至800-1000℃，退火，即得薄膜；
所述炭气凝胶/石墨烯薄膜中炭气凝胶与石墨烯的质量比为1：5；
所述升温，其速率为2-10℃/min；
所述退火，其时间为2-5h。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，其应用方法：将炭气凝胶/石墨烯薄膜切割成长为30mm、宽为30mm的小块，即为正负极工作电极。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述柔性超级电容器，其隔膜为聚丙烯隔膜(PP)，其电解液为LiPF6、BMIMPF6、DMC、LiCO3中任意一种或多种的混合物，其封装外壳：柔性铝塑膜。
4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述混合纤维素酯滤膜，其孔径为10μm-0.8mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010524158.4A CN111653436B (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010524158.4A CN111653436B (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111653436A CN111653436A (zh) | 2020-09-11 |
| CN111653436B true CN111653436B (zh) | 2022-07-05 |
Family
ID=72347523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010524158.4A Active CN111653436B (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111653436B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114068198B (zh) * | 2021-09-30 | 2024-01-16 | 复旦大学 | 用于水质淡化的石墨烯-碳气凝胶复合材料及电极 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101894679A (zh) * | 2009-05-20 | 2010-11-24 | 中国科学院金属研究所 | 一种石墨烯基柔性超级电容器及其电极材料的制备方法 |
| CN103787309A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-14 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 硼掺杂石墨烯薄膜及电化学电容器的制备方法 |
| CN107946086A (zh) * | 2017-12-09 | 2018-04-20 | 北京化工大学 | 一种以石墨烯为粘结剂的超级电容器柔性自支撑全炭电极及其制备方法 |
| CN108010734A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-05-08 | 武汉理工大学 | 一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法 |
| CN108172420A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-15 | 北京理工大学 | 碳纳米球纤维杂化气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法和用途 |
| CN110817871A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-02-21 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种氮掺杂石墨烯基炭气凝胶微球的制备方法及其应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106531459A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-22 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） | 一种石墨烯/活性炭复合膜的制备方法及超级电容器电极 |
| CN108793135B (zh) * | 2018-08-08 | 2021-09-14 | 华东理工大学 | 一种石墨烯多孔膜及其制备方法 |
| CN109244484A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-18 | 山东大学 | 一种多孔石墨烯/碳纳米管柔性自支撑膜材料的制备方法 |
-
2020
- 2020-06-10 CN CN202010524158.4A patent/CN111653436B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101894679A (zh) * | 2009-05-20 | 2010-11-24 | 中国科学院金属研究所 | 一种石墨烯基柔性超级电容器及其电极材料的制备方法 |
| CN103787309A (zh) * | 2012-10-31 | 2014-05-14 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 硼掺杂石墨烯薄膜及电化学电容器的制备方法 |
| CN107946086A (zh) * | 2017-12-09 | 2018-04-20 | 北京化工大学 | 一种以石墨烯为粘结剂的超级电容器柔性自支撑全炭电极及其制备方法 |
| CN108172420A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-15 | 北京理工大学 | 碳纳米球纤维杂化气凝胶超级电容器电极材料及其制备方法和用途 |
| CN108010734A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-05-08 | 武汉理工大学 | 一种基于石墨烯/碳纳米管气凝胶的微型超级电容器制作方法 |
| CN110817871A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-02-21 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种氮掺杂石墨烯基炭气凝胶微球的制备方法及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111653436A (zh) | 2020-09-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fei et al. | In situ hard‐template synthesis of hollow bowl‐like carbon: a potential versatile platform for sodium and zinc ion capacitors | |
| Qu et al. | Porous LiMn 2 O 4 as cathode material with high power and excellent cycling for aqueous rechargeable lithium batteries | |
| Qu et al. | Synthesis of nitrogen-containing hollow carbon microspheres by a modified template method as anodes for advanced sodium-ion batteries | |
| CN102682928B (zh) | 一种介孔碳纳米片的制备方法及其作为超级电容器电极材料的应用 | |
| CN109786817B (zh) | 固态锂电池及其应用和制备无纺布增强的固态电解质膜的方法 | |
| WO2012146046A1 (zh) | 一种聚酰亚胺电容电池及其制作方法 | |
| Tang et al. | Porous CNT@ Li 4 Ti 5 O 12 coaxial nanocables as ultra high power and long life anode materials for lithium ion batteries | |
| Yan et al. | Boosting chem-insertion and phys-adsorption in S/N co-doped porous carbon nanospheres for high-performance symmetric Li-ion capacitors | |
| Han et al. | High specific power/energy, ultralong life supercapacitors enabled by cross-cutting bamboo-derived porous carbons | |
| CN105914378B (zh) | 一种锂离子电池负极极片及其制备方法，锂离子电池 | |
| WO2015141853A1 (ja) | 電極用炭素質成形体、及びその製造方法 | |
| KR20200083808A (ko) | 리튬 이차전지용 실리콘-탄소 복합 음극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| Chen et al. | Membrane and electrode engineering of high-performance lithium-sulfur batteries modified by stereotaxically-constructed graphene | |
| Wei et al. | Porous micro-spherical LiFePO 4/CNT nanocomposite for high-performance Li-ion battery cathode material | |
| Yu et al. | Rod-like ordered mesoporous carbons with various lengths as anode materials for sodium ion battery | |
| WO2016158823A1 (ja) | 電池電極用炭素質成形体、及びその製造方法 | |
| Ruan et al. | Three-dimensional sp 2 carbon networks prepared by ultrahigh temperature treatment for ultrafast lithium–sulfur batteries | |
| CN116825951A (zh) | 一种负极片及钠离子电池 | |
| Wang et al. | Hollow carbon-shell/carbon-nanorod arrays for high performance Li-ion batteries and supercapacitors | |
| Zhang et al. | Improving lithium–sulfur battery performance via a carbon-coating layer derived from the hydrothermal carbonization of glucose | |
| Yang et al. | A robust hierarchical microcapsule for efficient supercapacitors exhibiting an ultrahigh current density of 300 A g− 1 | |
| CN112086642A (zh) | 一种石墨化碳包覆的高比表面积多孔碳球及其制备方法和应用 | |
| CN105869903B (zh) | 一种石墨烯制备方法 | |
| CN111653436B (zh) | 一种炭气凝胶/石墨烯薄膜在柔性超级电容器中的应用 | |
| CN112018310A (zh) | 一种应用于锂硫电池隔层的树脂基纳米碳纤维膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |