一种超级电容器用高取向石墨烯薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超级电容器用薄膜材料的制备领域，特别涉及一种超级电容器用高取向石墨烯薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]2004年，英国Manchester大学的Geim等人发现了由碳原子以Sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体-石墨烯(Graphene)，石墨烯是继富勒烯与碳纳米管之后被人们发现的又一新的碳元素结构形态，是目前最理想的二维纳米材料之一。石墨烯的发现，使人们对碳元素的多样性有了更深刻的认识，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石与石墨完整碳家族体系。作为一种室温下稳定存在的二维量子体系，石墨烯的发现打破了传统凝聚态物理理论，推翻了以前人们普遍认为的严格二维晶体无法在有限的温度下存在的预言，对凝聚态物理理论的发展可能产生重大的影响。石墨烯是一种严格的二维晶体材料，因其具有独特的结构与性能，已迅速成为国际新材料领域研宄的热点。
[0003]M.D.Stoller 等人在 Nano Letter 8 (2008) 3498-3452 首次报道了用于超级电容器电极材料的石墨烯粉体，这种方法制备的石墨烯材料在水性电解液中比电容达到了135F/g。但是这种化学法制备的石墨烯仍是粉体需要与粘结剂和导电剂的复合才能制成超级电容器电极。X.F.Duan等人在ACS Nano DO1: 10.1021/nn4000836上报道了采用水热法制备具有三维结构的石墨烯薄膜超级电容器电极，并且这种石墨烯电极展现出了杰出的体积比电容和质量比电容。
[0004]然而，现在通常用来制备石墨烯薄膜的方法包括化学气相沉积法、抽滤成膜法及水热法等，制备过程复杂，设备要求高，产量低都不利于大规模生产。
[0005]本权利申请采用刮涂法成膜，并采用光照还原，制备过程还原过程都简单易行。目前尚未见到采用光照还原法制备高取向石墨烯薄膜电极材料的报道。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器用高取向石墨烯薄膜的制备方法，该方法工艺简单，易于工业化生产，所制备的超级电容器用高取向石墨烯薄膜具有较好柔韧性，比电容高，在柔性超级电容器、锂离子电池等柔性储能领域有广阔应用。
[0007]本发明的一种超级电容器用高取向石墨烯薄膜的制备方法，包括:
[0008](I)将氧化石墨进行洗涤，然后加入去离子水中，得到悬浮液，超声、离心洗涤去除未剥离石墨粉体，然后将上清液旋转蒸发，得到氧化石墨浆料；
[0009](2)将氧化石墨浆料刮涂在铜箔表面，制得氧化石墨薄膜，然后进行照射还原处理，即得高取向石墨烯薄膜。
[0010]所述步骤(I)中洗涤为去离子水洗涤2-4次。
[0011]所述步骤(I)中悬浮液的浓度为0.5?6mg/mL。
[0012]所述步骤(I)中超声时间为l_3h。
[0013]所述步骤(I)中离心洗涤为:2500?3500r/min条件下离心10?40min。
[0014]所述步骤(I)中旋转蒸发为40?55°C条件下旋转蒸发。
[0015]所述步骤(2)中氧化石墨浆料刮涂在铜箔表面具体为:将表面清洗好的铜箔吸附于刮涂机表面，将刮涂刀具设定厚度，启动刮涂机将氧化石墨浆料刮涂在铜箔表面。
[0016]所述刮涂刀具设定厚度为50?200 μ m。
[0017]所述步骤(2)中照射还原处理为:置于氙灯下10?20cm处照射还原3_12h。
[0018]本发明将氧化石墨制备成可刮涂的浆料，刮涂在导电基底表面，制备成大面积的氧化石墨薄膜，并采用简单的光照还原方法，将氧化石墨薄膜还原成高取向石墨烯薄膜。具有高度取向的石墨烯薄膜层间电荷传输电阻低，十分有利于电荷直接导入到导电的集流体表面。
[0019]采用本方法制备的超级电容器用高取向石墨烯薄膜，制备工艺简单，易于工业化生产，所制备的超级电容器用高取向石墨烯薄膜具有较好柔韧性，比电容高，在柔性超级电容器、锂离子电池等柔性储能领域有广阔应用。
[0020]有益效果
[0021](I)该方法制备工艺简单，成膜过程无需导电剂、粘结剂，还原过程采用光照还原，无需化学试剂及加热过程；
[0022](2)该方法制备的超级电容器用石墨烯薄膜有较好柔韧性，比电容高，在柔性超级电容器、锂离子电池等柔性储能领域有广阔应用。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1中高取向石墨烯薄膜、石墨烯粉体、氧化石墨粉体及原始石墨的X射线衍射图谱；
[0024]图2为实施例1制备的各种样品的数码照片:㈧氧化石墨薄膜；⑶图为还原之后的高取向石墨烯薄膜；(C)图为自支撑的高取向石墨烯薄膜。
[0025]图3为实施例1制备的高取向石墨烯薄膜三电极测试的阻抗图谱，插图为高频区域图谱；
[0026]图4为实施例1制备的高取向石墨烯薄膜三电极测试在IM硫酸钠电解液中不同扫描速率下的循环伏安曲线；
[0027]图5为实施例1制备的石墨烯薄膜三电极测试结构在IM硫酸钠电解液中不同电流密度下首次恒流充放电曲线。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0029]实施例1
[0030]将氧化石墨用去离子水洗涤2次后配制成浓度为0.5mg/mL的去离子水悬浮液，超声lh，2500r/min离心40min洗涤去除未剥离石墨粉体，将上清液在40°C旋转蒸发至形成氧化石墨浆料。将表面清洗好的铜箔吸附于刮涂机表面，将刮涂刀具设定为50 μ m，启动刮涂机将氧化石墨浆料刮涂在铜箔表面，制得氧化石墨薄膜，将氧化石墨薄膜置于氙灯下1cm处照射还原3h即得。
[0031]图1为高取向石墨烯薄膜、石墨烯粉体、氧化石墨粉体及原始石墨的X射线衍射图谱。图中原始石墨的衍射