[發明專利]基于金屬織物的固態柔性超級電容器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201510362279.2
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104952633B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 李磊;余劍輝
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01G11/48
• 分類號: H01G11/48;H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 劉勇

基于金屬織物的固態柔性超級電容器及其制備方法和應用，涉及超級電容器。所述基于金屬織物的固態柔性超級電容器，包括2片相同材料的電極和涂覆于2片電極之間的電解質層。制備方法：1)通過電沉積，在金屬織物上電沉積聚3,4?乙撐二氧噻吩，得到金屬織物/聚3,4?乙撐二氧噻吩復合物，以此作為電極材料；2)在金屬織物/聚3,4?乙撐二氧噻吩復合物的空隙和表面涂布聚偏二氟乙烯?co?六氟丙烯/1?丁基?3?甲基咪唑四氟硼酸鹽的凝膠狀電解質材料，得到帶有電解質的電極；3)將2片由步驟2)得到的帶有電解質的電極組裝在一起，得到基于金屬織物的固態柔性超級電容器。可在制備柔性可穿戴電子器件的儲能設備中應用。

技術領域

本發明涉及超級電容器，尤其是涉及一種基于金屬織物的固態柔性超級電容器及其制備方法和應用。

背景技術

隨著全球人口和經濟的快速增長，人們對能源的需求不斷增加。然而，傳統的化石燃料是不可持續的能源，因此，為了獲得可再生能源，例如太陽能、風能、潮汐能等，全球科學家們付出相當大的努力，一直致力于開發新技術。當前面臨的主要挑戰之一是這些可再生能源是間歇性的，且受到自然環境條件嚴重制約。而這些可再生資源的區域分布失衡則是我們面臨的另一個主要問題。因而，開發高效率、穩定和環境友好型的儲能裝置對推進可再生的能源發展至關重要。

超級電容器，或稱為電化學電容器，正在成為一類重要的能量存儲裝置。超級電容器作為傳統電容器和電池之間的紐帶，起到了重要而獨特的地位。相較于傳統的電容器，所述超級電容器能量密度高出幾個數量。此外，超級電容器獨特的電荷存儲機制，使它們能夠在短時間內存儲和提供大量電荷。因此，它們比電池能提供更高的功率。超級電容器在各種實際生產中存在潛在應用，包括后備電源系統、電動車輛和混合動力電動汽車和工業能源管理系統等。

為了滿足便攜式電子設備，如移動電話、可佩戴電子設備和柔性顯示器的快速增長的需求，發展高性能、輕質、安全的能源設備是至關重要的。然而，以前的研究主要集中在基于液體超級電容器，如用水溶液、有機溶液或離子性液體作為電解質。這些超級電容器有兩個主要的缺點限制了它們在便攜式電子設備中的應用。首先，大部分的電解質毒性高和腐蝕性強，所以設備制造時通常采用高成本的包裝材料和技術以避免有可能泄漏的電解質；其次，由于包裝問題，所以很難采用液體電解質制造小型的、柔性的超級電容器器件。近幾年，固態柔性超級電容器已成為一類新的能量儲存裝置并引起極大的關注。相較于傳統的超級電容器，固態柔性的超級電容器具有尺寸小、重量低、易處理、可靠性好、操作溫度寬等優點。它們在柔性和可穿戴電子產品的能量儲存裝置中具有巨大的潛力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于金屬織物的固態柔性超級電容器及其制備方法和應用。

本發明采用如下技術方案：

所述基于金屬織物的固態柔性超級電容器，包括2片相同材料的電極和涂覆于2片電極之間的電解質層；電極的材料為復合物，該復合物為金屬織物上電沉積聚3,4-乙撐二氧噻吩的復合物，電解質層為凝膠狀電解質層，電解質層的電解質材料為聚合物，該聚合物為聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯/1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽。

所述金屬織物的材料為鐵、銅、鋁中的至少一種。

所述基于金屬織物的固態柔性超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

1)通過電沉積，在金屬織物上電沉積聚3,4-乙撐二氧噻吩，得到金屬織物/聚3,4-乙撐二氧噻吩復合物，以此作為電極材料；

2)在金屬織物/聚3,4-乙撐二氧噻吩復合物的空隙和表面涂布聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯/1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的凝膠狀電解質材料，得到帶有電解質的電極；

3)將2片由步驟2)得到的帶有電解質的電極組裝在一起，得到基于金屬織物的固態柔性超級電容器。

在步驟1)中，所述電沉積采用的電聚合溶液按質量比的組成如下：