[發(fā)明專利]一種可透氣的對(duì)稱型柔性全固態(tài)超級(jí)電容器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710438193.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN107359055A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡克峰;陳元?jiǎng)?/a>;宋海軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/56
• 分類號(hào): H01G11/56;H01G11/52;H01G11/30
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 劉燕武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級(jí)電容器制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種可透氣的對(duì)稱型柔性全固態(tài)超級(jí)電容器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類遇到的挑戰(zhàn)及亟需解決的問題也越來越多。這其中包括日益枯竭的石油燃料及其衍生出來的環(huán)境污染問題。

超級(jí)電容器的出現(xiàn)無疑是能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性發(fā)展，超級(jí)電容器同時(shí)具備了較高的功率密度和能量密度，是介于二次電池和傳統(tǒng)電容器間的新型儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器具有循環(huán)壽命長、能量密度高、功率密度大、生產(chǎn)成本低、工作溫度范圍寬和安全、污染小等優(yōu)點(diǎn)，在過去幾十年里受到研究人員的廣泛關(guān)注，在便攜式電子產(chǎn)品、移動(dòng)通訊和電動(dòng)汽車等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

但是隨著當(dāng)今社會(huì)科技的應(yīng)用迅速提高，便攜式、可穿戴、可彎曲的電子產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，很多應(yīng)用對(duì)于儲(chǔ)能器件又有了新的要求，在一些特殊的場(chǎng)合就要求其具備良好的柔初性和可彎曲性。從而引發(fā)了人們對(duì)于柔性超級(jí)電容器的研究熱潮。此外，相比于傳統(tǒng)液態(tài)電解液超級(jí)電容器，全固態(tài)超級(jí)電容器由電極、固態(tài)電解液、隔離層等全固態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如更小的重量、更高的柔性和安全性,這是因?yàn)槿虘B(tài)超級(jí)電容器可有效避免電解液泄露造成的短路，不需要額外的包裝材料和復(fù)雜的后處理，可更好的與小型傳感器和小型電子產(chǎn)品集成。因此，柔性全固態(tài)超級(jí)電容器已經(jīng)成為柔性儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，并且具有作為新一代柔性、安全、可穿戴式電子設(shè)備儲(chǔ)能器件的巨大潛力。

而作為可穿戴電子設(shè)備的儲(chǔ)能器件，透氣性是其另外一個(gè)重要的性能。最近，纖維狀的超級(jí)電容器被認(rèn)為是有潛力的可以達(dá)到透氣性的器件。然而，這種電容器的制備過程是復(fù)雜的、成本較高且不易大批量生產(chǎn)；此外，纖維狀的電容器件雖然在透氣性方面有優(yōu)勢(shì)，卻以損失柔性性能為代價(jià)。因此，新一代的超級(jí)電容器亟需研發(fā)。

導(dǎo)電高分子，PPy，聚苯胺(PANI)以及聚噻吩等，由于其優(yōu)異的贗電容性能以及較好的導(dǎo)電性能，在超級(jí)電容器領(lǐng)域受到了廣泛的研究。在這些導(dǎo)電聚合物這種，聚吡咯因?yàn)槠渲苽浜?jiǎn)單，成本低廉、良好的電導(dǎo)率以及較寬的電位窗口而受到廣泛的研究。與此同時(shí)，吡咯鏈上含有大量的N原子，有利于增加電極材料的親水性能，從而促進(jìn)電解液離子的脫吸附，提高電極材料的超級(jí)電容器性能。Yuan等人利用“浸入和吸附”的方法，將普通的打印紙浸入含有吡咯單體的溶液中，隨和進(jìn)行聚合物的生長聚合，最終得到一種具有優(yōu)異性能的柔性平面型的電極材料。但是這種材料不具有透氣性，在實(shí)際的穿戴應(yīng)用上還有一定的差距。同時(shí)這種方法制備得到的PPy，其電導(dǎo)率也相對(duì)較低，因此，電容器的性能有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可透氣的對(duì)稱型柔性全固態(tài)超級(jí)電容器及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種可透氣的對(duì)稱型柔性全固態(tài)超級(jí)電容器，所述的超級(jí)電容器包括兩片電極材料組成的平面狀的對(duì)稱型結(jié)構(gòu)，以及位于兩片電極材料之間的凝膠電解液隔膜，所述的電極材料由PPy薄膜沉積到無塵紙上而形成。

所述的凝膠電解液隔膜由H₃PO₄/PVA電解液晾干形成，其中，所述H₃PO₄/PVA電解液由H₃PO₄與PVA按質(zhì)量比1:1在80℃下溶解，再于室溫下自然冷卻得到。

可透氣的對(duì)稱型柔性全固態(tài)超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟：

(1)取氧化劑和摻雜劑溶于去離子水中，得到混合液A，再轉(zhuǎn)移至含有預(yù)處理后的無塵紙的培養(yǎng)皿中，進(jìn)行低溫預(yù)處理；

(2)將吡咯單體分散于正己烷中，低溫預(yù)處理，得到混合液B；

(3)再將步驟(2)的混合溶液B逐滴加入步驟(1)的培養(yǎng)皿中，靜置反應(yīng)；

(4)反應(yīng)后，取出反應(yīng)產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得到由沉積聚吡咯的無塵紙構(gòu)成的電極材料；

(5)再將兩片相同的電極材料浸入凝膠電解液中，取出后，兩片電極材料分別作為正極和負(fù)極面對(duì)面放置，中間再涂一層凝膠電解液，干燥，即得到所述超級(jí)電容器。

作為上述優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟(1)中所述的氧化劑為FeCl₃、FeCl₃·6H₂O或者APS(過硫酸銨)，更優(yōu)選的氧化劑選用氯化鐵，所述的摻雜劑為PTS(對(duì)甲苯磺酸)。