[发明专利]基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法，具体包括以下步骤：步骤1、将表层带有SiO₂的Si基体超声清洗，之后利用磁控溅射设备在基体表面溅射沉积Au薄膜作为微型超级电容器的集流体；步骤2、将溅射有Au薄膜的SiO₂/Si基体置于ECR等离子体加工系统的基片架上并装入真空腔体沉积石墨烯纳晶碳膜作为微型超级电容器的电极材料；步骤3、在制备好的两片石墨烯纳晶碳膜表面滴加配置好的PVA/H₃PO₄电解液后面对面组装，然后室温条件下放置10～12h，待电解液干燥成膜后得到石墨烯纳晶碳膜基微型超级电容器；解决了现有的石墨烯基微型超级电容器电极与集流体间的兼容性相对较差的问题。

技术领域

本发明属于微型超级电容器制备方法技术领域，具体涉及一种基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法。

背景技术

在全球面临严重的能源危机和环境问题的现状下，超级电容器作为一种绿色储能器件，因其具有功率密度高、充放电速度快、储能过程可逆、安全环保等优势，成为了研究热点。特别是近年来，随着便携式、可穿戴、植入式电子器件的不断发展，亟需开发为之供能的全固态、可集成、平面化的微型超级电容器。电极材料是决定超级电容器性能的核心因素，基于碳电极材料的超级电容器的能量存储是通过电极和电解液界面间离子的吸附/脱附实现的。因此，开发具有高比表面积、优异导电性且同集流体紧密接触的碳电极的可控制造技术成为发展高性能微型超级电容器的关键。

目前，碳基微型超级电容器的开发集中在活性炭、碳化物衍生碳、石墨烯等电极材料的制造工艺研究。活性炭基微型超级电容器在电极制造过程中大多需要添加粘结剂，使得电极材料的内阻较大。通过将沉积的碳化钛薄膜高温氯化后干法刻蚀获得的碳化物衍生碳薄膜基微型超级电容器由于制造过程中使用了高温技术，使得基体材料的选用具有很大的局限性。随着石墨烯材料的发现，由于其优异的导电性和极高的理论比表面积，在微型超级电容器领域展现出巨大的潜力。然而，现有的石墨烯基微型超级电容器多数采用将石墨烯电极旋涂在集流体上，电极与集流体间的兼容性相对较差，界面间的接触电阻相对较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法，解决了现有的石墨烯基微型超级电容器电极与集流体间的兼容性相对较差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将表层带有SiO₂的Si基体超声清洗，之后利用磁控溅射设备在基体表面溅射沉积Au薄膜作为微型超级电容器的集流体；

步骤2、将溅射有Au薄膜的SiO₂/Si基体置于ECR等离子体加工系统的基片架上并装入真空腔体沉积石墨烯纳晶碳膜作为微型超级电容器的电极材料；

步骤3、在制备好的两片石墨烯纳晶碳膜表面滴加配置好的PVA/H₃PO₄电解液后面对面组装，然后室温条件下放置10～12h，待电解液干燥成膜后得到石墨烯纳晶碳膜基微型超级电容器。

本发明的特征还在于，

步骤2中制备石墨烯纳晶碳膜的具体步骤为：

步骤2.1、抽取真空腔体的气体至气压至2×10^-4～4×10^-4Pa后通入氩气，使气压保持在2×10^-2～6×10^-2Pa；

步骤2.2、对磁线圈施加电流并导入微波，观察腔体中产生氩等离子体；

步骤2.3、同时施加-300～-200V的靶材偏压和+50～+200V的基片偏压溅射沉积碳膜，并使等离子中的电子轰击基体表面形成低能电子照射，从而得到石墨烯纳晶碳膜。