一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法与流程

本发明属于超级电容器技术及新材料合成领域，具体涉及一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法。

背景技术：

可弯曲、环境友好、廉价和安全的能量存储设备吸引了人们对柔性电子设备应用浓厚的兴趣。近年来，新型电极材料受到极大地关注，主要使用碳纳米管或石墨烯等可弯曲电极应用于柔性超级电容器。迄今为止，大多数柔性超级电容器使用液态电解质，液态电解质通常对环境不友好，且需要配套电解液的封装材料和电容器的包装材料。这些封装材料和包装材料增加了超级电容器的重量和体积，其不适合应用于轻便的、薄的设备。另外，含有电解液的电容器的各部件间不能完整的构成一体，降低了超级电容器的电化学性能和稳定性。因此，发展柔性全固态超级电容器电极是特别适用与可弯曲、可穿戴和小型化的电子设备。

发展柔性全固态超级电容器电极需重点从以下几个方面考虑：（1）高性能电极材料的设计；（2）强化电极与电解质间的界面；（3）提高可弯曲性；（4）简化结构。

石墨烯，作为碳材料，已被广泛用于能量转换、储能设备如燃料电池、超级电容器和锂离子电池的电极。石墨烯材料由于其独特的物理性能和化学性能，已取代传统的碳材料应用于超级电容器上。石墨烯及各种形貌的石墨烯衍生物被认为是很有潜力的超级电容器电极材料。现有技术中有人制备了三维、硼、氮共掺杂的高效石墨烯材料作为超级电容器电极材料。近来，还有人采用活性的石墨烯电极和离子液体制备了高性能超级电容器。

在碳纸上负载石墨烯（多孔石墨烯/碳纸），其作为可弯曲的、无粘结剂的电极能够应用于高效、柔性的全固态超级电容器电极。多孔石墨烯/碳纸电极中的多孔结构能显著增大石墨烯的表面积，进而增大其比电容。微孔结构的碳纸作为电极载体能增强电极与电解质间的结合力，有利于在电极中的离子扩散和电子传输。碳纸优异的机械稳定性和可弯曲性使得全固态超级电容器电极具有很好的柔性性质。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法，使制得的电极表现出高的比电容、能量密度和功率密度，以及良好的循环稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法，包括如下步骤

a）、配置氧化石墨烯水溶液；

b）、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料，垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中；

c）、给电极两侧提供电压，持续一段时间后将电极在常温下烘干；

d）、将电极置于氢气中加热一段时间即得到柔性全固态超级电容器电极。

所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法，其特征在于，所述的氧化石墨烯水溶液浓度为0.2—0.9mg/mL。

所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法，其两片碳纸之间的距离为3—30mm。

所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法，其步骤c）的电压为1—10V、持续时间为5—24h。

所述的一种柔性全固态超级电容器电极的制备方法，其步骤d）加热温度为250—500℃、加热时间为0.5—6h。

本发明的有益效果是：本发明方法工艺简单、易于实现，而且成本适中，依照本方法制备出的柔性全固态超级电容器电极，表现出高的比电容、能量密度和功率密度，以及良好的循环稳定性。

附图说明

图1和图2是本发明实施例1中全固态超级电容器电极的扫描电镜照片；

图3是本发明实施例1中弯曲后的全固态超级电容器的实物照片；

图4是本发明实施例1中全固态超级电容器电极弯曲前后的循环伏安曲线（扫速为25 mV/s）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1至图4所示，本发明通过电化学沉积法在碳纸上负载多孔石墨烯（多孔石墨烯/碳纸），可被用作柔性全固态超级电容器电极。

大孔结构的碳纸作为电极载体使电极与电解质间结合得更紧，对离子扩散和电子传输均有帮助。

多孔石墨烯/碳纸优异的机械稳定性和和可弯曲性使全固态超级电容器电极具有很好的柔性性质。

基于多孔石墨烯/碳纸制得的全固态超级电容器电极表现出高的比电容、能量密度和功率密度，以及良好的循环稳定性。

实施例1：

a）、配置氧化石墨烯水溶液，溶液浓度为0.5 mg/mL；

b）、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料，垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中，相距10mm；

c）、给电极两侧提供6V的电压，持续10h后将电极在常温下烘干；

d）、将电极置于氢气中在300°C下加热2h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。

实施例2：

a）、配置氧化石墨烯水溶液，溶液浓度为0.8mg/mL；

b//将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料，垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中，相距25mm；

c）、给电极两侧提供9V的电压，持续8h后将电极在常温下烘干；

d、将电极置于氢气中在450°C下加热5h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。

实施例3：

a）、配置氧化石墨烯水溶液，溶液浓度为0.2mg/mL；

b）、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料，垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中，两片碳纸之间的距离为3mm；

c）、给电极两侧提供10V的电压，持续5h后将电极在常温下烘干；

d）、将电极置于氢气中在250°C下加热6h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。

实施例4：

a）、配置氧化石墨烯水溶液，溶液浓度为0.9mg/mL；

b）、将两片碳纸分别作为正电极材料和负电极材料，垂直置于含有氧化石墨烯水溶液的烧杯中，两片碳纸之间的距离为30mm；

c）、给电极两侧提供1V的电压，持续24h后将电极在常温下烘干；

d）、将电极置于氢气中在500°C下加热0.5h即得到所述柔性全固态超级电容器电极。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。