[發(fā)明專利]一種可變色和可拉伸的超級電容器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410084398.1
• 申請日: 2014-03-09
• 公開（公告）號: CN103903870B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設計）人: 彭慧勝;陳旭麗;林惠娟
• 申請（專利權）人: 寧國市龍晟柔性儲能材料科技有限公司
• 主分類號: H01G11/36
• 分類號: H01G11/36;H01G11/56;H01G11/86;H01G11/84
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于微型儲能器件技術領域，具體涉及一種智能的可拉伸超級電容器復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，作為能量儲存器件的超級電容器因具有較高的比容量和能量密度而得到廣泛關注。除有大量研究致力于提高其電化學性能外，還有大量研究試圖將超級電容器與其他功能結合從而擴大其應用領域。例如，為適應可攜帶、可編織的電子器件的發(fā)展需求，研究者們研發(fā)出了柔性、可拉伸的超級電容器。目前的可拉伸超級電容器的拉伸量可達60%，在實際應用中還需要進一步提高。另外，使器件智能化也具有重要意義，例如使器件隨著儲能水平的不同以直觀的形式進行響應可以增強其實用性。我們在日常生活中面臨的重要問題之一是在器件停止工作前知道其儲存的能量是否即將耗盡，因此，這種對能量儲存狀態(tài)的即時響應可以為超級電容的廣泛應用帶來極大方便，是該領域科技方面的重要突破。但這樣的直觀動態(tài)響應在已有的報道中還沒有實現。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種柔性和可拉伸性好、顏色隨能量儲存狀態(tài)而變化，且該變化快速可逆的智能的可變色和可拉伸的超級電容器及其制備方法。

本發(fā)明提供的可變色和可拉伸的超級電容器，是由聚二甲基硅氧烷薄膜作為基底，碳納米管/聚苯胺復合物作為電極材料的對稱超級電容器；其兩極間夾有聚乙烯醇/磷酸復合物（PVA/H₃PO₄）作為凝膠電解質。

本發(fā)明提供的可拉伸超級電容器的制備方法，其具體步驟為：

1）在聚二甲基硅氧烷薄膜基底上施加一定的拉力，將該薄膜基底進行拉伸；

2）在處于拉伸狀態(tài)的聚二甲基硅氧烷薄膜上均勻地鋪一層超順排的碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜是由碳納米管陣列通過干法紡絲得到的，其中用到的碳納米管陣列由化學氣相沉積法制備；

3）在所述碳納米管薄膜上電沉積聚苯胺；

4）撤去聚二甲基硅氧烷薄膜基底上施加的拉力，得到碳納米管/聚苯胺復合物，以此作為可拉伸的超級電容器的電極；

5）在碳納米管/聚苯胺復合物的空隙和表面涂布一層PVA/H₃PO₄凝膠狀電解質；

6）將兩片由步驟（5）中制得的帶有電解質的電極組裝，得到可拉伸的超級電容器。

本發(fā)明中，所述步驟（1）中，聚二甲基硅氧烷薄膜基底的長度拉伸量大于原長度的100%。

本發(fā)明中，所述碳納米管陣列由化學氣相沉積法制備得到；所述聚苯胺通過電沉積法制備得到。

本發(fā)明中，所述聚苯胺在碳納米管/聚苯胺復合物中的質量含量為20%~90%，優(yōu)選70%。

本發(fā)明的超級電容器在1 A/g的電流密度下，比容量可達308.4 F/g；且該超級電容器具有良好的可拉伸性，在100%的拉伸量下能保持80%的比容量；經多次拉伸后，比容量沒有明顯衰減。

本發(fā)明用掃描電子顯微鏡（SEM）對器件的結構進行了表征。圖3（a）所示為在拉伸的聚二甲基硅氧烷基底上鋪的一層厚度約為20 nm的碳納米管薄膜，可以看到該膜均勻分散，進一步放大后，如圖3（b）所示，可以看到其中的碳納米管排列高度有序。圖4（a）和4（b）分別為在碳納米管薄膜上電沉積70% 的聚苯胺后的低倍和高倍圖像，可以看出聚苯胺均勻地沉積在碳納米管的表面，碳納米管排列仍保持高度有序。將聚二甲基硅氧烷基底上的拉力撤去后，由圖5（a）和5（b）可以看出碳納米管/聚苯胺復合物保持宏觀有序排列的同時形成了褶皺結構，從而保證了電極良好的可拉伸性。