一种石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法

本发明公开了一种石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法，将聚苯胺纤维与去离子水混合，超声处理后与氧化石墨混合，超声处理，得到氧化石墨烯与聚苯胺的混合均相溶液；静置，直至溶液表面形成完整的氧化石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜；采用柔性薄膜作为基体，将氧化石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜沉积在基体上，还原，清洗后得沉积在柔性基体上的石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜，直接作为薄膜电极材料，划痕，利用固体电解质，涂于薄膜的划痕之间，即得。本发明构建的平面型超级电容器电化学性能好。且本发明方法中石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜可直接作为柔性薄膜超级电容器的电极材料，操作简便，耗时短、耗材少、环保。

1.一种石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法,其特征在于：包括以下步骤：(1)将聚苯胺纤维与去离子水以质量比1-5：100000混合后，在20-30W功率下超声处理0.5-1h，得到聚苯胺纤维的均相溶液；(2)将聚苯胺纤维的均相溶液与氧化石墨以质量比为1-5：100的比例混合后，在20-30W功率下超声处理0.5-1h，得到氧化石墨烯与聚苯胺的混合均相溶液；(3)将氧化石墨烯与聚苯胺的混合均相溶液置于60-80℃下，静置0.5-1h，直至溶液表面形成完整的氧化石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜；(4)采用柔性薄膜作为基体，即柔性基体，将氧化石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜沉积在柔性基体上，晾干，加入质量分数55-58％的碘化氢在15-80℃下还原3-48h，将还原处理之后的氧化石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜用乙醇清洗后，浸泡在质量分数为10-20％的硫酸溶液中，晾干,即得沉积于柔性基体上的石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜；(5)将沉积在柔性基体上的石墨烯/聚苯胺纤维的复合薄膜直接作为薄膜电极材料，并在上面划痕，将电解质涂于划痕之间，即得到基于石墨烯基薄膜的平面型柔性超级电容器。
2.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法，其特征在于：步骤(1)中所述的聚苯胺纤维这样制备：取浓度为1mol/L的盐酸溶液，分成等量的两份，即为盐酸溶液A和盐酸溶液B，按过硫酸铵：盐酸溶液A为180mg：10mL向盐酸溶液A中加入过硫酸铵，搅拌均匀，得A品；按苯胺：盐酸溶液B为300μL：20mL向盐酸溶液B中加入苯胺，搅拌均匀，得B品；将A品和B品快速混合，搅匀，使混合溶液颜色变为深蓝色，利用真空抽滤将深蓝色溶液中的固体样品进行分离、清洗、干燥，即得。
3.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法,其特征在于：步骤(2)中所述的氧化石墨按下述步骤进行制备：a.将过硫酸钾和五氧化二磷按质量比为1:1混合后，在75-85℃下，按过硫酸钾：浓H₂SO₄为15g：80-150ml的比例加入浓H₂SO₄，搅拌20-30min，直至溶液清澈，得混合溶液；向混合溶液中加入石墨粉，在75-85℃水浴条件下搅拌4-5h，冷却至室温，继续向混合溶液中加入去离子水，真空抽滤法将混合溶液中的固体样品清洗并收集，在真空抽滤过程中使用去离子水清洗样品，直至滤液为中性，将抽滤清洗之后的固体样品进行干燥，得到预氧化的石墨粉末；b.预氧化的石墨粉末加入浓H₂SO₄中，在0-5℃的冰水浴条件下搅拌均匀，向溶液中缓慢加入高锰酸钾粉末，然后在30-40℃的水浴下搅拌3-5h后，再在0-5℃冰水浴中继续搅拌10-20min，再缓慢加入去离子水，继续搅拌2-3h，再加入质量分数为30％的过氧化氢溶液，边加边搅拌，加完后静置12h，收集固体样品，用质量分数为4-5％的稀盐酸溶液清洗，反复离心清洗，直到清洗液的pH值变为中性为止，再真空干燥45-50h，即得氧化石墨粉末。
4.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法,其特征在于：步骤(1)中聚苯胺纤维与去离子水以质量比2.5：100000混合。
5.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法,其特征在于：步骤(2)中聚苯胺纤维的均相溶液与氧化石墨以质量比为2.5：100的比例混合。
6.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法,其特征在于：步骤(4)中加入质量分数55-58％的碘化氢在15-80℃下还原22h。
7.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法,其特征在于：步骤(5)中所述电解质为由硝酸钙、二氧化硅和羧甲基纤维素组成的中性凝胶、聚乙烯醇和硫酸组成的酸性凝胶或聚乙烯醇和磷酸组成的酸性凝胶。
8.根据权利要求1所述的石墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法，其特征在于：所述柔性薄膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯，即PET基体或聚二甲基硅氧烷，即PDMS基体。
9.根据权利要求3所述的墨烯基薄膜柔性超级电容器的构建方法，其特征在于：所述浓H₂SO₄的浓度为98％。