[发明专利]石墨烯透明电极及其制造方法和利用它的超级电容器

说明书

本发明一实施例的石墨烯透明电极，其包含：透明基板、形成在透明基板上的第一石墨烯层、在第一石墨烯层的一表面上单体自聚合而形成的聚合物层、及形成在聚合物层上的第二石墨烯层。另外，本发明一实施例的石墨烯透明电极的制造方法，其包含以下步骤：a)准备包含第一石墨烯层的第一层压结构和包含第二石墨烯层的第二层压结构；b)在第一石墨烯层的一表面上单体自聚合而形成聚合物层；c)将第二层压结构层压在聚合物层上使聚合物层和第二石墨烯层相接，以制造第三层压结构；以及d)将第三层压结构转印到透明基板上，以使第一石墨烯层和透明基板相接。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯透明电极及其制造方法、利用石墨烯透明电极制造的超级电容器。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)是电容非常大的电容器，也被称为超电容器(Ultracapacitor)或电化学电容器(Electrochemical capacitor)。不同于利用化学反应的电池，超级电容器利用基于离子迁移至电极和电解质界面的简单的离子迁移或表面化学反应的充电现象。因此，可以实现快速充放电，而且充放电效率高以及具有半永久性循环寿命，从而作为辅助电池或电池替代品来使用。

近来，除了超级电容器的固有性能之外，对提高透明度和柔性等性能越来越重视，以便提高美观上的满意度。为此，作为电极材料具有较高的导电性、机械柔性及光学透射率的石墨烯备受关注。

用作电极材料的石墨烯可通过如下方法获得：使石墨烯氧化物(graphene oxide，GO)还原；或者利用化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)合成到催化剂金属表面。

被还原的石墨烯氧化物(r-GO)其厚度一般为几十至几百纳米，当用作电极材料时，存在透明度降低的缺陷。相比之下，通过CVD法合成的石墨烯一般具有几层至几十层(afew～a few tens layers)的单层(monolayer)石墨烯层压结构，而且厚度为几纳米。此外，通过CVD法合成的石墨烯与r-GO相比透明度高。然而，利用通过CVD法合成的石墨烯制造的超级电容器的面积比电容(～5μF/cm²)与非透明的现有超级电容器(电极材料的厚度一般为几微米)的面积比电容(area-specific capacitance，～4mF/cm²)相比非常低。(Chen,T.；Xue,Y.；Roy,A.K.；Dai,L.ACS Nano 2014,8,1039-1046)

发明内容

技术问题

为了解决如上所述的问题，本发明一方面提供一种可具有优异的透明度和电容的石墨烯透明电极。

本发明另一方面提供一种可具有优异的透明度和电容的石墨烯透明电极的制造方法。

本发明再一方面提供一种包含具有优异的透明度和电容的石墨烯透明电极的超级电容器。

技术方案

本发明一方面提供一种石墨烯透明电极，其包含：透明基板、形成在透明基板上的第一石墨烯层、在第一石墨烯层的一表面上单体自聚合而形成的聚合物层、及形成在聚合物层上的第二石墨烯层。

此时，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层分别独立地可为1层～4层石墨烯。

另外，所述单体可满足以下结构式1。

[结构式1]

HO─A─NH₂

其中，A是碳原子数为6～30的芳烃。

此时，所述A可以是取代或未取代的选自苯基、联苯基、萘基、三联苯基、蒽基、菲基、非那烯基(phenalenyl)、四苯基及芘基中的任何一种。