基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器的制造方法
【专利摘要】基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器，涉及一种超级电容器。本实用新型是要解决现有的超级电容器中碳纳米管生长时方向性和排列性较差，导致超级电容器存储能力低的问题。本实用新型的超级电容器包括第一电极引线、第二电极引线、第一集电极、第二集电极、石墨烯薄膜、碳纳米管阵列、隔膜和电容器外壳。该电容器有效提高了复合电极与电解液比表面积，提高了复合电极的电荷吸附能力，同时减小碳纳米管与集电极间的欧姆接触。用于电容器领域。
【专利说明】基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超级电容器。
【背景技术】
[0002]随着我国十二五战略性新兴产业创新发展工程的推进，超级电容器的设计及研发成为了新能源产业关注的热点之一。由于超级电容器性能是介于传统电容器和电池之间，与传统电容器相比在瞬间大电流充放电、工作温度范围宽和无污染等方面优势明显，因此，被广泛应用于航空航天、新能源汽车和生物传感技术等众多领域。
[0003]超级电容器中，电极材料是关键。研究表明，电极材料具有较高的比表面积时，会明显提高超级电容器存储电荷能力，并且能够减少超级电容器的充电时间。碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，具有比表面积大、机构稳定、质量轻和导电性好等特点，可以作为超级电容器的电极。
[0004]现有的超级电容器中碳纳米管生长时方向性和排列性较差，使电解液的流动性较差，会降低超级电容器存储能力。
实用新型内容
[0005]本实用新型是要解决现有的超级电容器中碳纳米管生长时方向性和排列性较差，导致超级电容器存储能力低的问题，提供一种基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器。
[0006]本实用新型基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器包括第一电极引线、第二电极引线、第一集电极、第二集电极、石墨烯薄膜、碳纳米管阵列、隔膜和电容器外壳，第一集电极与第二集电极对称设置于电容器外壳内侧两端，第一集电极与第二集电极之间设置有隔膜，隔膜将电容器分隔成两个腔室，每个腔室内都装有电解液，第一集电极和第二集电极表面覆盖石墨烯薄膜，石墨烯薄膜表面垂直生长有碳纳米管阵列，第一电极引线与第一集电极连接，第二电极引线与第二集电极连接。
[0007]所述第一集电极和第二集电极的厚度为均4?5_。
[0008]所述碳纳米管阵列的高度为200?600 μ m。
[0009]本实用新型的基本原理:基于超级电容器双电层理论，利用石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极与电解液界面上的电荷分离。充电时，将外加电源接入导线，电解液提供电荷，电子通过外电源从正极传到负极，由于静电作用电解液中的正负离子分别向负、正电极迁移并在其上定向排列形成双电层，电容器的储能是在电极和电解液界面存储电荷；放电时，电子通过负载从负极移至正极，正负离子则从电极表面释放并返回电解液本体，恢复到原来的无序状态。
[0010]本实用新型的有益效果:
[0011]本实用新型首先在集电极表面生长一层石墨烯薄膜作为电极衬底，并在垂直于石墨烯薄膜表面方向，通过紧密生长的方式得到方向性和排列性较好的碳纳米管阵列，可以有效提高了复合电极与电解液比表面积，提高了复合电极的电荷吸附能力，同时减小碳纳米管与集电极间的欧姆接触。由于本实用新型的碳纳米管阵列较规则，因此会增加电解液的流动性，进一步增加电极与电解液间电荷接触的几率，可提高电荷的存储能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型超级电容器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]本实用新型技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0014]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器包括第一电极引线1、第二电极引线2、第一集电极3、第二集电极4、石墨烯薄膜5、碳纳米管阵列6、隔膜7和电容器外壳8，第一集电极3与第二集电极4对称设置于电容器外壳8内侧两端，第一集电极3与第二集电极4之间设置有隔膜7，隔膜7将电容器分隔成两个腔室，每个腔室内都装有电解液，第一集电极3和第二集电极4表面覆盖石墨烯薄膜5，石墨烯薄膜5表面垂直生长有碳纳米管阵列6，第一电极引线I与第一集电极3连接，第二电极引线2与第二集电极4连接。
[0015]本实施方式超级电容器的制备方法如下:
[0016]一、将第一集电极3和第二集电极4清洗烘干后，在第一集电极3和第二集电极4的表面生长出石墨烯薄膜5，并在石墨烯薄膜5表面垂直生长碳纳米管阵列6，得到复合电极；
[0017]二、将复合电极放入电解液(Na2SO4溶液)中浸泡24小时；
[0018]三、然后将复合电极放入电容器外壳8中，并放入隔膜7 ;所述隔膜7为聚丙烯薄膜；
[0019]四、利用压片机封装超级电容器。
[0020]步骤一所述的在集电极表面生长石墨烯薄膜以及在石墨烯薄膜表面垂直生长碳纳米管阵列的方法均为现有的常规方法。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述第一集电极3和第二集电极4的厚度为均4?5mm。其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述碳纳米管阵列6的高度为200?600 μ m。其它与【具体实施方式】一或二相同。
【权利要求】
1.基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器，其特征在于该超级电容器包括第一电极引线(I)、第二电极引线(2)、第一集电极(3)、第二集电极(4)、石墨烯薄膜(5)、碳纳米管阵列(6)、隔膜(7)和电容器外壳(8)，第一集电极(3)与第二集电极(4)对称设置于电容器外壳(8)内侧两端，第一集电极(3)与第二集电极(4)之间设置有隔膜(7)，隔膜(7 )将电容器分隔成两个腔室，每个腔室内都装有电解液，第一集电极(3 )和第二集电极(4)表面覆盖石墨烯薄膜(5)，石墨烯薄膜(5)表面垂直生长有碳纳米管阵列(6)，第一电极引线(I)与第一集电极(3)连接，第二电极引线(2)与第二集电极(4)连接。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器，其特征在于所述第一集电极(3)和第二集电极(4)的厚度为均4?5mm。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯薄膜-碳纳米管阵列复合电极的超级电容器，其特征在于所述碳纳米管阵列(6)的高度为200?600 μ m。
【文档编号】H01G11/32GK203746670SQ201420172222
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】王振华, 姜久兴, 张光宇, 姬广举, 吴淼, 文济菲, 刘琳婧, 苏瑞, 陶成娟, 韩江涛, 许健君 申请人:哈尔滨理工大学