常压下制备垂直石墨烯双电层电容器电极的装置和方法

摘要

本发明公开了一种常压下制备垂直石墨烯双电层电容器电极的装置和方法。装置包括石英管、加热炉、集流体、针形电极、高压负电电源、惰性气体入口、氢气入口、鼓泡瓶和碳源气体入口；集流体和针形电极布置在石英管内，针形电极外接高压负电电源，针形电极的针尖正对集流体设置，集流体接地；石英管放置在加热炉内；石英管一端开放，另一端布置有惰性气体入口、氢气入口和碳源气体入口，其中碳源气体入口通过鼓泡瓶与石英管相连。本发明采用常压辉光正常放电等离子体增强化学气相沉积法，在集流体表面直接生长垂直取向石墨烯纳米片，在无需粘结剂的条件下，直接得到以垂直取向石墨烯为活性材料的双电层超级电容器电极。

主权项

制备垂直石墨烯双电层电容器电极的方法，所使用的装置包括石英管、加热炉、集流体、针形电极、高压负电电源、惰性气体入口、氢气入口、鼓泡瓶和碳源气体入口；集流体和针形电极布置在石英管内，针形电极外接高压负电电源，针形电极的针尖正对集流体设置，集流体接地；石英管放置在加热炉内；石英管一端开放，另一端布置有惰性气体入口、氢气入口和碳源气体入口，其中碳源气体入口通过鼓泡瓶与石英管相连，其特征在于：采用常压辉光正常放电等离子体增强化学气相沉积法，在集流体表面直接生长垂直取向石墨烯纳米片，在无需粘结剂的条件下，直接得到以垂直取向石墨烯为活性材料的双电层超级电容器电极，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：1）打开惰性气体入口和氢气入口，在石英管内通入氢气和惰性气体混合气体，混合气体流量为2000 毫升/分钟，氢气和惰性气体的比例为1：1，保持常压；2）打开加热炉，加热集流体至700～900 ^oC；3）维持石英管中常压和集流体温度不变，10分钟后关闭氢气入口，并打开碳源气体入口开始鼓泡，调整碳源气体和惰性气体混合气体流量为1500 毫升/分钟，其中碳源气体和惰性气体的比例为1：5～1：30，混合气体相对湿度10％～60％，保持常压；4）开启高压负电电源，调整电压，在针形电极和集流体之间形成正常辉光放电等离子体，在集流体表面开始生长垂直取向石墨烯纳米片；5）5～30分钟后，关闭碳源气体入口，并打开氢气入口，调整氢气和惰性气体混合气体流量为2000 毫升/分钟，其中氢气和惰性气体的比例为1：1，保持常压；6）关闭加热炉和高压负电电源，冷却集流体至室温，得到以垂直取向石墨烯为活性材料的双电层超级电容器电极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：碳源气体和惰性气体的比例为1：10，混合气体相对湿度为40％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述集流体和针形电极针尖的间距为1～20毫米。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述集流体为金属导体。5.根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述集流体和针形电极针尖的间距为10 毫米。6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述针形电极的锥度为1：5～1：20。7.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述惰性气体为氩气或氦气。8.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述碳源气体为甲烷或乙炔。9.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述鼓泡瓶中装有去离子水。