本发明涉及一种石墨烯晶体材料及其制备方法与应用。
背景技术：
电容器，是一种新型储能器件，在便携式电子设备、混合动力汽车、电力汽车等方面有着越来越广泛的应用。
然而，由于受到电极材料性能的限制，目前电容器的储能性能仍然较低，比容量通常只能达到200f/g～400f/g，如：中国专利cn105489398a、cn103680974a等。
为了进一步提高电容器的储能性能，达到更高的比容量，亟需开发一种新的电极材料。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种石墨烯晶体材料，其能够制造出比容量高达304f/g～954f/g的电容器，储能性能十分优异。
本发明提供的一种石墨烯晶体材料，它是由以下重量份数的组分组成：石墨烯20份、四氧化三铁0.1份～1.2份、铁粉0.1份～1.2份、活性炭0.1份～0.5份。
进一步的，它是由以下重量份数的组分组成：石墨烯20份、四氧化三铁1.0份～1.2份、铁粉0.1份～0.2份、活性炭0.1份～0.2份。
进一步的，它是由以下重量份数的组分组成：它是由以下重量份数的组分组成：石墨烯20份、四氧化三铁1.0份、铁粉0.2份、活性炭0.2份。
进一步的，所述的石墨烯选自单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯、多层石墨烯中的任意一种或两种以上。
进一步的，所述四氧化三铁的粒径为80nm～500nm，所述铁粉的粒径为80nm～500nm；优选的，所述四氧化三铁的粒径为150nm～200nm，所述铁粉的粒径为80nm～120nm。
进一步的，所述活性炭的粒径为10nm～50nm。
进一步的，所述的石墨烯晶体材料是采用以下方法制成：取石墨烯，分散在水中，加热至90±5℃，超声处理30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入四氧化三铁、铁粉，混匀后，再加入活性炭，搅拌5小时，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料。
进一步向，所述超声处理的功率为500w，所述搅拌的速率为500转/分钟。
本发明还提供了上述的石墨烯晶体材料在制造电容器中的应用。
本发明提供的一种电容器，它是采用以下方法制成：
a、将权利要求1～8任意一项所述的石墨烯晶体材料、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比90：5：5或85：5：10混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器。
本发明石墨烯晶体材料所制造的电容器显示出良好的电化学行为，比容量都在300f/g以上，最高可达到954f/g，具有十分优异的储能性能；而且，本发明石墨烯晶体材料的制备工艺简便，安全、环保，原材料便宜、易得，成本低，适合产业化生产。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明；但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例；凡基于本发明的构思所实现的技术均属于本发明的范围。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
实施例1
1、石墨烯晶体材料的制备
取双层石墨烯20g，分散在100ml的水中，加热至90±5℃，超声处理(功率500w)30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入四氧化三铁(粒径：150nm～200nm)1g、铁粉(粒径：80nm～120nm)0.2g，混匀后，再加入活性炭(粒径：10nm～50nm)0.2g，搅拌5小时，搅拌速率500转/分钟，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料m1。
2、石墨烯晶体材料用于制造电容器
a、将上述石墨烯晶体材料m1、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比90：5：5混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器c1。
实施例2
1、石墨烯晶体材料的制备
取双层石墨烯20g，分散在100ml的水中，加热至90±5℃，超声处理(功率500w)30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入四氧化三铁(粒径：400nm～500nm)1g、铁粉(粒径：400nm～500nm)0.2g，混匀后，再加入活性炭(粒径：10nm～50nm)0.2g，搅拌5小时，搅拌速率500转/分钟，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料m2。
2、石墨烯晶体材料用于制造电容器
a、将上述石墨烯晶体材料m2、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比80：10：10混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器c2。
实施例3
1、石墨烯晶体材料的制备
取双层石墨烯20g，分散在100ml的水中，加热至90±5℃，超声处理(功率500w)30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入四氧化三铁(粒径：80nm～120nm)1g、铁粉(粒径：80nm～120nm)0.2g，混匀后，再加入活性炭(粒径：10nm～50nm)0.2g，搅拌5小时，搅拌速率500转/分钟，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料m3。
2、石墨烯晶体材料用于制造电容器
a、将上述石墨烯晶体材料m3、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比85：10：5混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器c3。
实施例4
1、石墨烯晶体材料的制备
取双层石墨烯20g，分散在100ml的水中，加热至90±5℃，超声处理(功率500w)30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入四氧化三铁(粒径：150nm～200nm)1g、铁粉(粒径：80nm～120nm)0.2g，混匀后，再加入活性炭(粒径：10nm～50nm)0.2g，搅拌5小时，搅拌速率500转/分钟，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料m4。
2、石墨烯晶体材料用于制造电容器
a、将上述石墨烯晶体材料m4、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比85：5：10混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器c4。
实施例5
1、石墨烯晶体材料的制备
取双层石墨烯20g，分散在100ml的水中，加热至90±5℃，超声处理(功率500w)30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入四氧化三铁(粒径：150nm～200nm)0.2g、铁粉(粒径：80nm～120nm)1g，混匀后，再加入活性炭(粒径：200nm～300nm)0.2g，搅拌5小时，搅拌速率500转/分钟，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料m5。
2、石墨烯晶体材料用于制造电容器
a、将上述石墨烯晶体材料m5、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比90：5：5混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器c5。
实施例6
1、石墨烯晶体材料的制备
取双层石墨烯20g，分散在100ml的水中，加热至90±5℃，超声处理(功率500w)30分钟，然后保持在90±5℃的温度下，加入活性炭(粒径：200nm～300nm)0.2g，混匀后，再加入四氧化三铁(粒径：150nm～200nm)0.6g、铁粉(粒径：150nm～200nm)0.6g，搅拌5小时，搅拌速率200转/分钟，静置30分钟，过滤，烘干，即得石墨烯晶体材料m6。
2、石墨烯晶体材料用于制造电容器
a、将上述石墨烯晶体材料m6、聚四氟乙烯、导电炭黑，按照重量配比85：5：10混合均匀，加适量溶剂，涂布在铜箔上，经干燥、轧膜、分切后，制成电极片；
b、将电极片、隔膜、电极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后通过设置在电池壳体上的注液口往电池壳体里注入2mol/l的硫酸，密封注液口，得到电容器c6。
通过以下试验例，来说明本发明的有益效果。
试验例
对实施例1～6所制造的电容器c1～c6，分别在0.1、0.2、0.5、1.0、2.0a/g的电流密度下进行充放电测试，得到比容量的测试结果，见表1。
表1、比容量的测试结果
上述结果表明，在循环过程中，本发明石墨烯晶体材料所制造的电容器显示出良好的电化学行为，比容量都在300f/g以上，最高可达到954f/g，具有十分优异的储能性能。
综上所述，本发明石墨烯晶体材料所制造的电容器显示出良好的电化学行为，比容量都在300f/g以上，最高可达到954f/g，具有十分优异的储能性能；而且，本发明石墨烯晶体材料的制备工艺简便，安全、环保，原材料便宜、易得，成本低，适合产业化生产。