[发明专利]一种石墨烯纤维基超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器，尤其涉及一种石墨烯纤维基超级电容器及其制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子以sp²杂化形式连接而成的二维碳原子层，其厚度只有0.34nm，是目前发现的最薄的二维纳米材料。石墨烯具有超高强度、极大的比表面积，高的热导率以及载流子迁移率等多种优异的特质，使其在超级电容器材料领域具有广泛的应用前景。

超级电容器，又称电化学电容器，以其超高的能量密度、功率密度、循环稳定性成为又一重要能量储存方式。当前，使用石墨烯纤维制成的超级电容器虽然具备良好的导电性能，但是受碳材料自身电容不高的限制，致使该超级电容器的比电容较小。

发明内容

本发明提供一种石墨烯纤维基超级电容器及其制备方法，用于提高所述超级电容器的电容。

第一方面，本发明实施例提供一种石墨烯纤维基超级电容器，该石墨烯纤维基超级电容器包括：二电极和电解质溶液，所述二电极是指两根互相分离且表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维，所述两根互相分离且表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维浸没在所述电解质溶液中。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式下，所述石墨烯纤维直径为5-200微米。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式下，所述二氧化锰层的厚度为0.1-1微米。

结合第一方面、所述第一方面的第一种可能的实施方式或者所述第一方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式下，所述电解质溶液为硫酸钠水溶液、氢氧化钾水溶液、四乙基四氟硼酸铵的乙腈溶液或者四乙基四氟硼酸铵的碳酸丙烯酯溶液。

第二方面，本发明实施例提供一种石墨烯纤维基超级电容器，该石墨烯纤维基超级电容器包括：二电极和凝胶电解质，所述二电极是指两根互相分离且表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维，所述两根互相分离且表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维由所述凝胶电解质包裹在一起。

结合第二方面，在第一种可能的实施方式下，所述石墨烯纤维直径为5-200微米。

结合第二方面或者第二方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式下，所述二氧化锰层的厚度为0.1-1微米。

结合第二方面、第二方面的第一种可能的实施方式或者第二方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式下，所述凝胶电解质包括聚乙烯醇、无水氯化锂和水，其中，所述聚乙烯醇、无水氯化锂以及水的质量比为1:2:10。

第三方面，本发明实施例提供一种石墨烯纤维基超级电容器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一、在反应器中加入1重量份的氧化石墨烯、1000重量份的溶剂，搅拌后得到氧化石墨烯溶液；

步骤二、将所述氧化石墨烯溶液进行离心旋转，得到质量百分含量在0.1％-2％的氧化石墨烯纺丝浆液；

步骤三、将所述氧化石墨烯纺丝浆液以10-2000μL/min的挤出速度通过直径为10-5000μm的纺丝喷头，在5-35℃的凝固剂中停留1-3600s凝固成丝，对所述凝固成丝的产物进行洗涤以及真空干燥后，得到氧化石墨烯纤维；

步骤四、对所述氧化石墨烯纤维进行还原，得到石墨烯纤维；

步骤五、将所述石墨烯纤维浸泡在浓度为0.1-1g/L、温度为5-70℃的高锰酸钾水溶液中进行反应得到反应物，对所述反应物进行洗涤以及真空干燥后，得到表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维；

步骤六、将两根互相分离的所述表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维放置在电解质溶液中，或者，将两根互相分离的所述表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维的所述二氧化锰层的表面分别用凝胶电解质涂抹均匀并进行干燥，将经干燥后的两根所述表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维用所述凝胶电解质包裹在一起并进行干燥，得到所述超级电容器。结合第三方面，在第一种可能的实施方式下，所述将两根互相分离的所述表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维放置在电解质溶液中，包括：将两根互相分离的所述表面覆盖有二氧化锰层的石墨烯纤维分别固定在导电集流体上；将所述导电集流体放置在所述电解质溶液中。