[發明專利]可墨水直寫打印柔性電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810085778.5
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN110098067A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 許鑫華;馬紹帥;張麗芳;鄭麗婷
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開可墨水直寫打印柔性電極及其制備方法和應用，將導電聚合物同軸納米管和氧化石墨烯經超聲攪拌配制成混合凝膠，然后以碳布為基底，墨水直寫出特殊結構的凝膠器件，最后在水合肼蒸汽氣氛下還原，得到的具有獨特形貌的打印器件。本發明的柔性電極尺寸可調，密度可控，具有良好的柔韌性和可彎曲性。

技術領域

本發明涉及柔性電極材料領域，具體地說，涉及一種可用于墨水直寫打印柔性電極材料的制備與應用。

背景技術

墨水直寫打印技術屬于增材制造技術，是一種非接觸式的打印成型技術。料筒中存儲的墨水材料與噴頭相連，通過活塞擠壓、螺旋擠壓等控制系統將墨水從噴頭擠出并在基底上成型。墨水直寫打印技術因具有簡便快捷的操作和材料體系的多樣性而正在逐步應用于電化學儲能領域。

柔性電極具備良好的柔韌性和可彎曲性，克服了傳統超級電容器剛性的影響，作為柔性儲能器件，可以集成在便攜式、靈活以及可穿戴的柔性電子器件中，是目前超級電容器研究的熱點。墨水直寫打印技術是制作柔性電極的一種新手段，這種方法制作的電極尺寸可調，密度可控，具有廣闊的應用優勢。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種可用于噴墨打印柔性電極，該電極材料可用于制備柔性超級電容器，具有電極尺寸可調，密度可控，柔韌性好，能量密度高，可高效墨水直寫打印等優點。

本發明的技術目的是通過以下技術方案實現的：

可墨水直寫打印柔性電極的制備方法，按照下述步驟進行：

步驟1，將導電聚合物同軸納米管復合材料和氧化石墨烯均勻分散在無水乙醇中，形成電極墨水；

步驟2，以碳布為基底利用步驟1制備電極墨水進行凝膠器件的打印，成型后在水合肼蒸汽氣氛下還原，即可得到可墨水直寫打印柔性電極。

在上述技術方案中，在步驟1中，導電聚合物同軸納米管復合材料和氧化石墨烯的質量比為(1—10)：1，優選(5—8)：1。

在上述技術方案中，在步驟1中，導電聚合物同軸納米管復合材料為聚吡咯/聚苯胺同軸納米管復合材料，以軟模板法化學聚合生成聚吡咯納米管，并以此為模板，電化學沉積聚苯胺膜制備的聚吡咯/聚苯胺同軸納米管復合材料。

在上述技術方案中，在步驟1中，采用機械攪拌和超聲分散的方式進行均勻分散，先進行機械攪拌，機械攪拌的速度為每分鐘100—200轉，時間為10—30min，再進行超聲分散，超聲分散時間為1—5h，優選2—3小時。

在上述技術方案中，在步驟1中，在均勻分散后進行溶劑無水乙醇的蒸發，直至固含量到達10mg mL-1以上，即制得電極墨水，固含量為分散體積中導電聚合物同軸納米管復合材料和氧化石墨烯的質量之和(mg)與溶劑無水乙醇體積(ml)之比，優選10— 20mg mL-1。

在上述技術方案中，在步驟2中，將步驟1制成的電極墨水加入到注射器中并與噴頭連接，將注射器加裝到多軸定位系統(型號Prusa i3)上，使用螺桿擠出的方式在碳布上進行多層打印，速度選擇1—5mm s^-1，每一層打印結束后待自然干燥后再打印下一層，結束后在80—90℃下水合肼氣氛中還原即得所述的柔性電極，還原時間為1—6小時，優選3—5小時。

本發明的另一個目的在于提供上述方案在制備柔性電極中的應用。

本發明的另一個目的在于一種電極墨水及其在制備柔性電極中的應用。