CN207134250U - 基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器 - Google Patents

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高延利
付灿
张崇武
王其尚
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Abstract

本实用新型公开了一种基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，包括柔性衬底，以及固定于柔性衬底上的正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维，所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维具有相等的长度和相等的直径，所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维平行设置，并且正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维之间具有一定间距，该间距由凝胶电解质填充，即正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维之间由凝胶电解质包覆；所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维结构相同，二者均由位于中部的聚丙烯晴纤维以及复合于所述聚丙烯晴纤维上的石墨烯薄膜组成。本实用新型提供的超级电容器的电导率达4.59×103S/m，比电容高达158mF/cm3，且具有良好的弯曲柔韧性，可用于柔性储能、器件等领域。

Description

基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器
技术领域
本实用新型涉及一种基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，属于超级电容器技术领域。
背景技术
可穿戴及便携式电子产品(包括可卷曲显示器，电子纸，可穿戴个人多媒体系统等)正在快速发展，其具有质轻、柔性、寿命长、功率密度高的特点，受到了广泛的关注，特别是，柔性且轻便的纤维状超级电容器，作为一种新型可编织/穿戴的微型存储具有超高的功率密度、极快的充放电速率、好的柔性和韧性及超长的循环寿命等优点，将会有很大的发展潜力。
石墨烯作为一种单原子厚度的纳米片状结构，由于其独特的狄拉克锥能带结构，展现出优异的电学、光学、力学等性能，从而在各个科学领域引起研究热潮。二维石墨烯薄膜与三维石墨烯块状体都可以通过化学气相沉积法或者其它方法制备，但是石墨烯尺寸和形状的不规则，且层与层之间的物理堆叠，使得很难将微观纳米级的石墨烯片直接组装成宏观的石墨烯纤维材料。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，其具有较高的能量密度和良好的循环性能。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，包括柔性衬底，以及固定于柔性衬底上的正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维，所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维具有相等的长度和相等的直径，所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维平行设置，并且正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维之间具有一定间距，该间距由凝胶电解质填充，即正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维之间由凝胶电解质包覆；所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维结构相同，二者均由位于中部的聚丙烯晴纤维以及复合于所述聚丙烯晴纤维上的石墨烯薄膜组成。
进一步，所述正极石墨烯纤维和负极石墨烯纤维的直径范围为50-200微米，长度范围为1～10cm，所述二者的间距为0.1～1mm。
进一步，所述柔性衬底采用PET塑料衬底。
进一步，所述正极石墨烯纤维的一端与一电性引出端通过导电银胶电性连接，所述负极石墨烯纤维的一端与另一电性引出端通过导电银胶电性连接。
进一步，所述电性引出端为导电金属片。
采用了上述技术方案后，本实用新型提供的超级电容器为对称的超级电容器，由石墨烯纤维分别作为正负电极组装而成，其中，石墨烯的六方点阵蜂窝状二维结构，具有高度对称的晶格结构，有利于电子/离子的扩散和传播，同时结合石墨烯纤维的三维网络结构，提供电子/离子的三维传递途径，提高了超级电容器的能量密度和循环性能。结果表明，本实用新型提供的超级电容器的电导率达4.59×103S/m，比电容高达158mF/cm3，且具有良好的循环性和弯曲柔韧性，可用于柔性储能、器件等领域。
附图说明
图1为本实用新型的基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器的结构示意图；
图2为本实用新型的石墨烯纤维的扫描电子显微镜的照片；
图3为本实用新型的超级电容器的循环-伏安电化学性能曲线图；
图4为本实用新型的超级电容器的机械弯曲测试性能曲线图。
具体实施方式
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1、图2所示，一种基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，包括柔性衬底1，以及固定于柔性衬底1上的正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2，所述正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2平行设置，并且正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2之间具有一定间距，该间距由凝胶电解质5填充，即正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2之间由凝胶电解质5包覆，构建一个对称的柔性纤维超级电容器；所述正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2结构相同，二者均由位于中部的聚丙烯晴纤维以及复合于所述聚丙烯晴纤维上的石墨烯薄膜组成。
如图1、图2所示，所述正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2具有相等的长度和相等的直径，所述正极石墨烯纤维4和负极石墨烯纤维2的直径范围为50-200微米，长度范围为1～10cm，所述二者的间距为0.1～1mm。
如图1所示，所述柔性衬底1采用PET塑料衬底。
如图1所示，所述正极石墨烯纤维4的一端与一电性引出端3通过导电银胶电性连接，所述负极石墨烯纤维2的一端与另一电性引出端3通过导电银胶电性连接。所述电性引出端3可以为导电金属片。
使用凝胶电解质5将两根石墨烯纤维包裹并固定在柔性的PET衬底上，使用导电银胶分别涂敷于正负极石墨烯纤维的两端，并与电性引出端3粘接完成电性的引出，自然风干形成具有对称性的基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器。
本实用新型所使用的凝胶电解质5由聚乙烯醇、水和磷酸构成，聚乙烯醇与水的体积按照1:10的比例，经95℃加热搅拌，得到聚乙烯醇水溶液，将磷酸加入到聚乙烯醇水溶液，混合搅拌后得到凝胶电解质。
如图3为本实用新型的超级电容器的循环-伏安电化学性能曲线图，从图中可以看出，本实用新型的超级电容器具有高的电容和能量密度，而且循环性能良好。
如图4为本实用新型的超级电容器的机械弯曲测试性能曲线图，从图中可以看出，本实用新型的超级电容器的电容几乎不受弯曲角度的影响。
本实用新型提供的超级电容器为对称的超级电容器，由石墨烯纤维分别作为正负电极组装而成，其中，石墨烯的六方点阵蜂窝状二维结构，具有高度对称的晶格结构，有利于电子/离子的扩散和传播，同时结合石墨烯纤维的三维网络结构，提供电子/离子的三维传递途径，提高了超级电容器的能量密度和循环性能。结果表明，本实用新型提供的超级电容器的电导率达4.59×103S/m，比电容高达158mF/cm3，且具有良好的循环性和弯曲柔韧性，可用于柔性储能、器件等领域。
以上所述的具体实施例，对本实用新型解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，其特征在于：包括柔性衬底(1)，以及固定于柔性衬底(1)上的正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)，所述正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)平行设置，并且正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)之间具有一定间距，该间距由凝胶电解质(5)填充，即正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)之间由凝胶电解质(5)包覆；所述正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)结构相同，二者均由位于中部的聚丙烯晴纤维以及复合于所述聚丙烯晴纤维上的石墨烯薄膜组成。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，其特征在于：所述正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)具有相等的长度和相等的直径，所述正极石墨烯纤维(4)和负极石墨烯纤维(2)的直径范围为50-200微米，长度范围为1～10cm，所述二者的间距为0.1～1mm。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，其特征在于：所述柔性衬底(1)采用PET塑料衬底。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，其特征在于：所述正极石墨烯纤维(4)的一端与一电性引出端(3)通过导电银胶电性连接，所述负极石墨烯纤维(2)的一端与另一电性引出端(3)通过导电银胶电性连接。
5.根据权利要求4所述的基于石墨烯纤维材料的柔性全固态超级电容器，其特征在于：所述电性引出端(3)为导电金属片。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108962624A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 纤维型平行结构柔性石墨烯纤维超级电容器、制法及系统

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