[發明專利]基于三維ZnO@MnO2復合納米陣列叉指電極的超級電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 201410713658.7
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN104465119A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李曉軍;趙勇;劉穎;江鵬;褚衛國;趙修臣
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/46;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;楊晞

技術領域

本發明涉及能源存儲技術領域，尤其涉及一種基于三維ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的超級電容器及其制備方法。

背景技術

隨著可穿戴和便攜式多媒體電子設備的不斷發展，對柔性和透明電子學器件提出了更高的要求，比如為了實現超薄屏幕的柔性顯示器件的產品化，其電力供能部件也需要柔性化和透明化。常用的提供能源存儲的器件主要是鋰電池和超級電容器。超級電容器作為一種新型的電能存儲器件，由于相比于傳統的平行板電容器具有更高的能量密度，而相比于鋰離子電池具有更高的功率密度和更長的壽命，而被廣泛的研究。

超級電容器主要分為兩類，一類被稱為雙電層電容器，另一類被稱為法拉第電容器或者贗電容器。雙電層電容器主要是由各種碳材料構成，比如碳納米管、石墨烯、碳纖維和炭黑等。法拉第電容器的電極活性材料主要是由各種過渡性金屬氧化物如RuO、NiO、CO₃O₄、MnO₂等和導電聚合物構成。法拉第電容器相對于雙電層電容器來說，其儲能機理是電極材料在充放電的過程中會發生快速可逆的化學反應，故會具有更高的比容量，所以目前對于大功率和高能量超級電容器的研究主要是集中在法拉第電容器方面。

三維納米電極結構(3D)具有高的比表面積及三維尺度的離子進出通道，將這種特殊的結構應用于高性能超級電容器的電極，已被證明具有廣泛的前景。ZnO納米棒陣列具有三維結構，用作3D超級電容器的電極制備模板，已經發揮出潛在的優勢(Yong?Zhao,Peng?Jiang.MnO₂nanosheets?grown?on?the?ZnO-nanorod-modified?carbon?fiber?paper?for?supercapacitor?electrode?materials,Colloids?and?SurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2014,444,232-239；Yong?Zhao,Peng?Jiang,Sishen?Xie.Template-mediated?synthesis?of?three-dimensional?coral-like?MnO₂nanostructure?for?supercapacitors,Journal?of?Power?Sources,2013,239,393-398)，但是尚未有將ZnO陣列用于3D柔性透明超級電容器器件的相關報和技術。

Lift-Off微器件加工技術是一種成熟、簡單易行微器件加工手段，該技術通過紫外光刻技術在襯底上加工出光刻膠圖案，再沉積所需的材料，然后在用丙酮或者其它溶劑將光刻膠去掉，得到所沉積材料的圖案。利用該技術在柔性透明襯底上制備叉指電極，是一種十分有效的透明電子器件加工方式，如專利文獻CN?201210579735.5公開了一種基于平面梳齒狀電極結構的透明柔性電化學器件及其制備方法，采用叉指電極制備了以一維碳膜材料為電極的雙電層透明超級電容器，但是該電容器比電容很低，而且采用液態電解質，安全性較差，不易封裝，很難應用于固態電子學器件，難以適應大功率、高能量柔性透明超級電容器的發展要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于三維ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的超級電容器及其制備方法，該超級電容器柔韌性強、透明度高，具有較高的面積比電容和功率，循環性能優異，壽命長，能夠滿足大功率的充放電需求。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供了一種基于三維ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極的超級電容器，包括封裝袋和固體電解質，還包括ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極，所述固體電解質和所述ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極置于所述封裝袋內，且所述固體電解質涂抹在所述ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極上。

所述的ZnO@MnO₂復合納米陣列叉指電極由柔性透明襯底和位于柔性透明襯底上的三維ZnO納米棒陣列和MnO₂材料組成，所述三維ZnO納米棒陣列中納米棒的長度為6-8微米，所述MnO₂材料包覆在所述三維ZnO納米棒陣列外部。

所述柔性透明襯底為PET、PMMA或PDMS，優選為PET，其他柔性透明的高分子材料都可使用。