一種柔性超級電容器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性超級電容器及其制備方法，屬于電容器領(lǐng)域。柔性超級電容器包括兩層由離子滲透膜隔開的電極材料薄膜，并包括布置在兩層薄膜之間的電解質(zhì)和布置在兩層電極材料薄膜外表面上的電觸點，其中，兩層電極材料薄膜采用化學(xué)沉積、刮涂或浸泡的方法沉積于離子滲透膜表面。本發(fā)明的超級電容器制備工藝簡單，成本較低，適用于導(dǎo)電聚合物電極材料和無機(jī)電極材料。
【專利說明】一種柔性超級電容器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電容器領(lǐng)域，具體涉及一種柔性超級電容器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器(supercapacitor ),是介于電池和傳統(tǒng)電容器之間、能快速充放電、基于電極/溶液界面電化學(xué)過程的儲能元件。由于具有高的能量密度、較長的循環(huán)使用壽命、環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點，超級電容器已廣泛應(yīng)用于交通、移動通信、信息技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域。超級電容器的儲存機(jī)理包括電化學(xué)雙電層超級電容器和氧化還原超級電容器(贗電容)，電化學(xué)雙電層電容器主要是利用電極材料對于正負(fù)離子的吸附性實現(xiàn)儲能，而氧化還原超級電容器與電化學(xué)雙層電容器不同之處在于主要是利用在電極表面或表面附近發(fā)生快速且可逆的氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)儲能。
[0003]隨著越來越多可穿戴或者可卷繞的新型電子器件的產(chǎn)生，例如電子紙、可折疊顯示器以及其他的多媒體器件，對于柔性儲能裝置的需求也越來越迫切，對于柔性超級電容器的研究越來越受到研究者的重視。與傳統(tǒng)超級電容器相比，柔性超級電容器不僅需要電極材料擁有良好的電化學(xué)性能，更重要的是需要應(yīng)用與柔性超級電容器的電極材料在彎曲或者折疊等狀態(tài)下保持好的性能。
[0004]申請?zhí)枮?01180043834.5的中國專利《柔性導(dǎo)電聚合物能量存儲裝置》中公開了一種如圖1所示的柔性超級電容器及其制備方法，其中18為非導(dǎo)電薄膜層，14為導(dǎo)電聚合物薄膜，12為離子滲透膜，16為導(dǎo)電聚合物薄膜，20為非導(dǎo)電薄膜層。該超級電容器中包括兩層由離子滲透膜隔開的導(dǎo)電聚合物薄膜，該導(dǎo)電聚合物薄膜是采用電化學(xué)沉積法沉積在導(dǎo)電襯底上，然后再從導(dǎo)電襯底上移除得到的，然后將該導(dǎo)電聚合物薄膜放置在離子滲透膜兩側(cè)形成堆疊，最后進(jìn)行封裝。該方法制備得到了柔性的、可卷繞、可折疊的超級電容器。此類超級電容器在制備過程中，存在如下缺陷:一是該超級電容器中的導(dǎo)電聚合物薄膜層的制備方法復(fù)雜，需要先在導(dǎo)電襯底上沉積，干燥后再從襯底上移除得到，操作方法復(fù)雜，并且在移除過程中可能破壞薄膜；二是從襯底上移除導(dǎo)電聚合物對薄膜本身和制備條件都有一定的要求，需要導(dǎo)電聚合物自身能形成柔性薄膜，這就使得該方法在實際應(yīng)用過程中對電極材料有一定的要求和限制；三是無機(jī)電極材料自身不能形成韌性較好的柔性薄膜，在移除的過程中可能會造成破壞，這也限制了該方法的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種新型的柔性超級電容器及其制備方法，以實現(xiàn)簡化超級電容器的制備方法、降低超級電容器的制備成本以及使超級電容器適用于導(dǎo)電聚合物電極材料和無機(jī)電極材料的目的。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種柔性超級電容器，包括兩層由離子滲透膜隔開的電極材料薄膜，并包括布置在兩層電極材料薄膜之間的電解質(zhì)和布置在兩層電極材料薄膜外表面上的電觸點，其中，兩層電極材料薄膜采用化學(xué)沉積、刮涂或浸泡的方法沉積于離子滲透膜表面。
[0008]進(jìn)一步地，柔性超級電容器周圍還有圍繞電極材料薄膜、離子滲透膜和電解質(zhì)、電觸點的用以封裝的非導(dǎo)電材料。
[0009]其中，電極材料為聚苯胺、聚吡咯、聚3，4-乙烯二氧噻吩等導(dǎo)電聚合物或氧化鎳、氧化錳、氫氧化鎳等無機(jī)材料。離子滲透膜為有機(jī)濾膜或PVDF膜。離子滲透膜的厚度為50-200 μ m ；電極材料薄膜的厚度為20-80 μ m。電解質(zhì)為KOH、NaOH, H2SO4或有機(jī)電解質(zhì)。
[0010]一種柔性超級電容器的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)、采用化學(xué)沉積、刮涂或浸泡的方法在離子滲透膜兩側(cè)沉積電極材料薄膜；
[0012](2)、將步驟(I)中得到的兩側(cè)沉積有電極材料薄膜的離子滲透膜在電解質(zhì)中浸泡10分鐘到5小時；
[0013](3)、采用層疊的方式在電極材料薄膜的外表面設(shè)置電觸點；
[0014](4)、將步驟(3)中得到的層疊結(jié)構(gòu)放置在兩層非導(dǎo)電材料層之間，封裝得到柔性超級電容器。
[0015]其中，步驟(I)中的離子滲透膜為有機(jī)濾膜或PVDF膜；離子滲透膜的厚度為50-200 μ m ；電極材料薄膜的厚度為20-80 μ m。
[0016]其中，電極材料為聚苯胺、聚吡咯、聚3，4-乙烯二氧噻吩等導(dǎo)電聚合物或氧化鎳、氧化錳、氫氧化鎳等無機(jī)材料。離子滲透膜為有機(jī)濾膜或PVDF膜。離子滲透膜的厚度為50-200 μ m ；電極材料薄膜的厚度為20-80 μ m。電解質(zhì)為KOH、NaOH, H2SO4或有機(jī)電解質(zhì)。
[0017]步驟(4)中的非導(dǎo)電材料為PE (聚乙烯)或者PET (聚對苯二甲酸乙二醇酯)。步驟4中采用塑封方法進(jìn)行封裝
[0018]本發(fā)明提供的柔性超級電容器中采用化學(xué)沉積、刮涂或浸泡的方法在離子滲透膜兩側(cè)表面沉積電極材料薄膜，操作方法簡單，制備成本低，適用于導(dǎo)電聚合物材料和無機(jī)電極材料；超級電容器的封裝方法簡易，為柔性超級電容器的制備與研究提供了重要的基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為【背景技術(shù)】提供的超級電容器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。其中18為非導(dǎo)電薄膜層，14為導(dǎo)電聚合物薄膜，12為離子滲透膜，16為導(dǎo)電聚合物薄膜，20為非導(dǎo)電薄膜層。10代表由上述五層組成的超級電容器。
[0020]圖2為本發(fā)明提供的柔性超級電容器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為離子滲透膜，2為電極材料薄膜，3為電觸點，4為導(dǎo)電片，5為非導(dǎo)電薄膜封裝材料。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
[0022]以聚苯胺為電極材料、有機(jī)濾膜為離子滲透膜、銅箔為電觸點、PET為封裝材料、KOH為電解質(zhì)得到的柔性超級電容器的制備方法:
[0023]步驟1:將有機(jī)濾膜裁成6cmX8cm的大小，依次用去油劑、去離子水和無水乙醇清洗表面；
[0024]步驟2:在500mL燒杯中，加入340mL去離子水，8mL濃硫酸以及3mL的苯胺單體，攪拌30min,使其混合均勻；[0025]步驟3:將步驟I中清洗后的有機(jī)濾膜放入上述步驟2得到的混合溶液中，勻速攪拌2h ；
[0026]步驟4:將2g過硫酸銨溶于60mL去離子水中，利用滴液漏斗將過硫酸銨溶液逐滴加入至步驟3中浸有有機(jī)濾膜的混合溶液中，勻速攪拌12h ；
[0027]步驟5:反應(yīng)完成后取出有機(jī)濾膜，用去離子水清洗表面，然后在空氣中自然晾干，得到兩側(cè)沉積有聚苯胺電極材料的有機(jī)濾膜。
[0028]步驟6:將步驟5中得到的兩側(cè)沉積有聚苯胺電極材料的有機(jī)濾膜裁成3cmX4cm的大小，然后在5mol/L的KOH溶液中浸泡30min ；
[0029]步驟7:裁剪兩塊2.9cmX3.9cm大小的銅箔作為電觸點，置于有機(jī)濾膜兩側(cè)聚苯胺薄膜的外表面，形成層疊結(jié)構(gòu)；
[0030]步驟8:將上述層疊結(jié)構(gòu)放置在兩層PET膜之間，并連接長條狀銅片作為導(dǎo)電片，采用塑封機(jī)進(jìn)行封裝，得到聚苯胺超級電容器。
[0031]其中導(dǎo)電片的作用是是為了將超級電容器的兩個電極與外界電路或負(fù)載連接。有機(jī)濾膜既有隔離電極材料的作用，又具有電極材料的支撐基底和吸附電解質(zhì)的作用。
[0032]實施例2
[0033]以氫氧化鎳為電極材料、有機(jī)濾膜為離子滲透膜、銅箔為電觸點、PET為封裝材料、KOH為電解質(zhì)得到的柔性超級電容器的制備方法:
[0034]步驟1:將有機(jī)濾膜裁成6cmX8cm的大小，依次用去油劑、去離子水和無水乙醇清洗表面；
[0035]步驟2:在40mL去離子水中加入10.5g硫酸鎳，得到均勻的硫酸鎳溶液；在30mL去離子水中加入2.03g過硫酸鉀，得到過硫酸鉀溶液；
[0036]步驟3:將硫酸鎳溶液和過硫酸鉀溶液混合均勻，加入20mL25% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氨水形成混合溶液，將步驟I中清洗后的有機(jī)濾膜放入該混合溶液中勻速攪拌30min ；
[0037]步驟4:反應(yīng)結(jié)束后，取出有機(jī)濾膜并用去離子水清洗表面，然后在空氣中自然晾干，得到兩側(cè)沉積有氫氧化鎳電極材料的有機(jī)濾膜；
[0038]步驟5:將步驟4中得到的兩側(cè)沉積有氫氧化鎳電極材料的有機(jī)濾膜裁成3cmX 4cm的大小，然后在5mol/L的KOH溶液中浸泡30min ；
[0039]步驟7:裁剪兩塊2.9cmX3.9cm大小的銅箔作為電觸點，置于有機(jī)濾膜兩側(cè)聚苯胺薄膜的外表面，形成層疊結(jié)構(gòu)；
[0040]步驟8:將上述層疊結(jié)構(gòu)放置在兩層PET膜之間，并連接長條狀銅片作為導(dǎo)電片，采用塑封機(jī)進(jìn)行封裝，得到氫氧化鎳超級電容器。
[0041]其中導(dǎo)電片的作用是為了將超級電容器的兩個電極與外界電路或負(fù)載連接。有機(jī)濾膜既有隔離電極材料的作用，又具有電極材料的支撐基底和吸附電解質(zhì)的作用。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性超級電容器，包括兩層由離子滲透膜隔開的電極材料薄膜，并包括布置在兩層所述電極材料薄膜之間的電解質(zhì)和布置在兩層所述電極材料薄膜外表面上的電觸點，其特征在于，兩層所述電極材料薄膜采用化學(xué)沉積、刮涂或浸泡的方法沉積于所述離子滲透膜表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述柔性超級電容器還包括圍繞所述電極材料薄膜、離子滲透膜和電解質(zhì)、電觸點的用以封裝的非導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述離子滲透膜為有機(jī)濾膜或PVDF膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述電極材料為導(dǎo)電聚合物或無機(jī)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合物為聚苯胺、聚吡咯或聚3，4-乙烯二氧噻吩。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述無機(jī)材料為氧化鎳、氧化猛、氫氧化鎳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述離子滲透膜的厚度為50-200 μ mD
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性超級電容器，其特征在于，所述電極材料薄膜的厚度為20-80 μm。
9.一種柔性超級電容器的制備方法，包括以下步驟: 步驟1:采用化學(xué)沉積、刮涂或浸泡的方法在離子滲透膜兩側(cè)沉積電極材料薄膜； 步驟2:將步驟I中得到的兩側(cè)沉積有電極材料薄膜的離子滲透膜在電解質(zhì)中浸泡10分鐘到5小時； 步驟3:采用層疊的方式在電極材料薄膜的外表面設(shè)置電觸點； 步驟4:將步驟3中得到的層疊結(jié)構(gòu)放置在兩層非導(dǎo)電材料層之間，封裝得到柔性超級電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的柔性超級電容器的制備方法，其特征在于，所述步驟4中采用塑封方法進(jìn)行封裝。
【文檔編號】H01G11/30GK103943369SQ201410134088
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】賈春陽, 陳俊, 萬中全 申請人:電子科技大學(xué)