[發明專利]一種多肽電極、由其所制備的超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201711443732.8
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108091494B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 胡寬;鄭超;王璐;安淼;秦偉
• 申請（專利權）人: 深圳探影生物科技有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/26;H01G11/86;H01G11/84
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 肖宇揚;付靜

本發明公開一種多肽電極、由其所制備的超級電容器及其制備方法，所述多肽電極包括導電基底；由多肽通過自組裝方式在所述導電基底上形成的多孔網狀纖維結構的多肽層；以及通過原子層沉積方式在所述多肽層表面沉積的二氧化鈦層。本發明的多肽電極由納米纖維結構的多肽層和二氧化鈦層組成，既保留了多肽纖維的良好的導電性、力學性能、可再生性、無污染無毒等優點，又有效地抑制了多肽纖維在充放電過程中溶解的缺陷，并進一步增加了比容量、穩定性和循環性，可用于制備柔性、穩定、長效循環的雙電層超級電容器。

技術領域

本發明涉及儲能裝置技術領域，特別地，涉及一種多肽電極、由其所制備的超級電容器及其制備方法。

背景技術

超級電容器(Supercapacitor)是一種主要依靠雙電層電容和氧化還原贗電容進行電荷儲存的新型儲能裝置。作為一種新型綠色的儲能器件，超級電容器兼有電池的高比能量和傳統物理電容器高比功率的優點。自本世紀初美國Maxwell、日本NEC及松下公司推出成熟的市場產品后，超級電容器已經成功應用于混合動力汽車、風力發電、太陽能發電、軍工、智能電網及工業UPS等領域，并在工業控制、電力、交通運輸、智能儀表、消費類電子產品、國防、通信等眾多領域具有巨大的應用價值和市場潛力。

隨著柔性電子學的發展，可穿戴電子設備正在飛速進入人們的生活。為了實現可穿戴器件的產品化，其供能部件也需要柔性化和高性能化，因此，高性能的柔性儲能器件將越來越顯示出其潛在的市場價值。超級電容器作為一種新型的電能存儲器件，能量密度高于傳統的平行板電容器，功率密度和使用壽命優于鋰離子電池，因而被廣泛的研究。然而，超級電容器在遭受彎曲變形以后，高分子電解質層保持良好，電極材料結構往往被破壞，儲能特性下降。電極材料力學性能的欠缺嚴重限制了超級電容器在柔性可穿戴領域的應用。因此，兼具力學特性與儲能特性的柔性超級電容器的研制，仍然面臨巨大的挑戰。

隨著對超級電容器電極材料和器件結構的深入研究，研究者認識到要提高電容器的綜合性能，關鍵在于尋找合適的電容器電極材料。目前，超級電容器的電極材料可分為三類:多孔碳材料(活性炭、碳纖維、碳納米管等)，金屬氧化物(MnOx、RuO2、IrO2、VOX等)以及導電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等)。多孔碳材料和金屬氧化物作為電容器電極的研究已有較多的報道，而導電聚合物作為電容器電極的研究相對起步較晚。由于導電聚合物材料具有成本低、比容高、充放電時間短等優點，近年來成為超級電容器電極材料研究的熱點。

基于生物材料的超級電容器或者電池受到越來越多的關注。生物材料具有無機材料不具有的優點，如下：1.生物材料是可再生的；2.生物材料無毒，當生物材料進入自然圈，是可以降解的，不會污染環境；3.生物材料密度較小，相應的比容量更大；4.生物材料結構可調，通過組成基本單元的調控，可以調控生物材料的宏觀性質；5.生物材料可以作為模板合成結構更加豐富的復合材料。綜上所述，生物材料成為目前研究最熱的材料之一。其在電學、光學、信息科學、健康科學等領域發揮越來越重要的作用。

多肽纖維，即由多肽分子在溶液中經自組裝形成了一維納米線的結構。自組裝多肽分子具有制備容易，一定的導電性，結構可控的特點，其作為電容器電極材料的特性越來越受到重視。其中，以二苯基丙氨酸(FF)為代表的二肽研究最多。來自以色列的科學家使用FF自組裝形成的納米管作為電容器電極材料，得到了大于1000μFcm-2的面積比電容。同時，他們基于FF超級電容器的性質，結合鋰離子電池的特性，開發了一種新型的多肽鋰離子超級電容電池。