[發明專利]一種基于微納加工技術的柔性透明超級電容器

有效

• 申請號: 201710605674.8
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107346712B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 馮立超;陳林洋;于雪梅;劉曉燕;管鵬飛;張淑蘭
• 申請（專利權）人: 淮海工學院;江蘇省海洋資源開發研究院（連云港）
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 連云港聯創專利代理事務所(特殊普通合伙) 32330
• 代理人: 劉剛

本發明公開了一種基于微納加工技術的柔性透明超級電容器，其是由以下步驟制備而成：S1、利用硅片作為基底，在其上旋涂一層PMMA薄膜；S2、在附有PMMA膜的硅片上形成感光樹脂；S3、在感光樹脂上沉積厚度可控的金屬合金層；S4、去除PMMA后得到自支撐的電極，直接將該導電網絡結構置于酸性條件下進行選擇性腐蝕，實現對納米孔隙結構的控制；S5、利用電化學方法將膺電容材料沉積在金屬合金內部的納米孔隙孔壁上，獲得透明膺電容復合電極；S6、利用該透明電極和透明固體電解質在預張拉的彈性透明高分子上組裝成柔性透明超級電容器。本發明從柔性儲能器件和導電透明材料兩個方面進行探索，結合微納加工技術，研發高能量密度的柔性透明超級電容器。

技術領域

本發明涉及一種基于微納加工技術的柔性透明超級電容器。

背景技術

近年來，雖然在柔性儲能器件和導電透明材料兩個方面都進行了較為廣泛的研究，特別是隨著高性能納米材料及其相關技術的出現和興起，在利用納米材料及納米技術制備具有優良性能的柔性儲能器件，以及提升透明導電材料的功能性方面都取得了重大進展，但是在結合柔性儲能器件與導電透明材料并制備柔性透明儲能器件方面的研究還處于起步階段。

當前，對柔性儲能器件的研究主要是集中在如何提高儲能器件的力學變形能力和電化學儲能能力兩個方面。目前柔性儲能器件的主要制備方法是將電極材料沉積或轉移到具有優越拉伸能力的高分子基底上，并經過一定的技術處理以保證電極材料與彈性基底具有良好的界面結合力，最終實現柔性儲能器件的制備。2009年，Wei報道了以屈曲的碳納米管薄膜作為可拉伸的儲能器件，在保持儲能性能不衰退的前提下實現了30％的最大拉伸應變(圖1a)。除了利用屈曲之外，彈簧狀的螺旋結構也被用于制備可拉伸儲能器件。2013年，復旦大學的彭慧勝教授研究小組提出將纖維狀電極以螺旋的方式旋轉在高分子橡膠纖維上，制備的超級電容器擁有優越的拉伸性能(圖1b)。2013年，美國伊利諾伊大學香檳分校的Rogers研究小組，利用“彈出式”的結構設計方法，制備了可以任意彎曲、伸展和扭轉的鋰離子電池(圖1c)。這些研究的核心思想就是如何通過電極材料的微觀結構設計，使得柔性儲能器件在變形時，電極材料本身并不承受大應變。在提升柔性儲能器件的儲能能力方面，主要是通過引入膺電容材料與碳納米材料進行復合。例如，2009年Cheng將石墨烯與聚苯胺結合制備了可彎曲柔性超級電容器，其比電容值可達233F/g。2012年，Xie將石墨烯與二氧化錳復合，制備了具有彎曲能力的超級電容器，其單位面積上的電容值可達267F。

雖然當前的研究取得了一定的進展，但是，如何保證柔性儲能器件在變形過程中還能有效工作依然是當前研究的瓶頸問題。為了確保電子和離子傳輸通道在變形后的連通性和完整性，必須通過合理的電極結構設計，使得柔性電極的傳輸通道具有在變形條件下的穩定性，以實現更多地容納離子并使之通暢快速傳輸。