[發明專利]一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法

有效

• 申請號: 201810107992.6
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108447695B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 曲良體;高暢;趙揚;高健
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/26;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 11120 北京理工大學專利中心
• 代理人: 楊志兵;仇蕾安

1.一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟，

步驟1.利用化學氧化剝離法制備得到氧化石墨烯溶液；向氧化石墨烯溶液中添加無水乙醇，并將二者的混合溶液置于液氮表面進行冷凍，再進行真空冷凍干燥，得到氧化石墨烯泡沫；再在氬氣保護氣氛下，先將氧化石墨烯泡沫加熱至200℃～300℃，保溫30min～90min，再繼續加熱至800℃～1100℃，保溫1h～3h，得到還原氧化石墨烯泡沫；

步驟2.利用激光刻蝕制備基于叉指結構的電極圖案的金屬模板；

步驟3.將金屬模板置于紙上，再將還原氧化石墨烯泡沫置于金屬模板上并完全覆蓋金屬模板上基于叉指結構的電極圖案，對還原氧化石墨烯泡沫施加20MPa～30MPa的壓力，并保壓3min～10min，去除金屬模板，在紙上得到基于叉指結構的石墨烯電極；

步驟4.將固態電解質溶液滴涂到基于叉指結構的石墨烯電極上，并在30℃～40℃下固化2h～5h，得到可折疊的紙基微型超級電容器；

其中，所述固態電解質溶液為聚乙烯醇、濃硫酸與水的混合溶液或聚乙烯醇、氯化鋰與水的混合溶液。

2.根據權利要求1所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：所述方法還包括在還原氧化石墨烯泡沫上沉積聚合物的步驟，即：以銀/氯化銀電極作為參比電極，鉑絲作為對電極，與鉑片接觸的還原氧化石墨烯泡沫作為工作電極，且鉑片處于電解液液面之上，在0.8V電壓下沉積1h～3h，得到聚合物/還原氧化石墨烯泡沫；將步驟3中的還原氧化石墨烯替換為聚合物/還原氧化石墨烯泡沫，其他條件不變，得到可折疊的紙基微型超級電容器；

其中，所述電解液是高氯酸鈉與吡咯或者高氯酸鈉與苯胺的混合溶液，高氯酸鈉在電解液中的濃度為0.2mol/L～0.4mol/L，吡咯或苯胺在電解液中的濃度為2mL/mL～6mL/mL。

3.根據權利要求1或2所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：氧化石墨烯的濃度為6mg/mL～8mg/mL，氧化石墨烯溶液的體積與無水乙醇的體積比為30:0.5～2。

4.根據權利要求1或2所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：氧化石墨烯泡沫加熱過程中的升溫速率為3℃/min～7℃/min。

5.根據權利要求1或2所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：金屬模板的材質為鋁箔、銅箔或者不銹鋼。

6.根據權利要求1或2所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：金屬模板的厚度為15μm～25μm，基于叉指結構的電極圖案是由兩個叉指電極交叉排列形成的，每個叉指電極的叉指個數為3～6個，每個叉指寬度為300μm～700μm，每個叉指長度為3mm～4mm，基于叉指結構的電極圖案中相鄰兩個叉指間隔寬度為300μm～700μm。

7.根據權利要求1或2所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：紙為打印紙、手寫紙、宣紙或硬質纖維素紙板。

8.根據權利要求1或2所述的一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，其特征在于：將還原氧化石墨烯泡沫或聚吡咯/還原氧化石墨烯泡沫切成厚度為1mm～2mm的片狀后，再置于金屬模板上。

9.一種如權利要求1或2所述方法 制備 的一種可折疊的紙基微型超級電容器的應用，其特征在于：在紙上制備的所述微型超級電容器的個數為兩個以上時，在同一列的任意兩個相鄰的所述微型超級電容器之間的紙上加工一個通孔，再用銅箔將同一列的相鄰兩個所述微型超級電容器連接，并用導電銀膠將銅箔固定，通過不同的折疊方式得到不同的電路；或者，在同一排的任意兩個相鄰的所述微型超級電容器之間的紙上加工一個通孔，再用銅箔將同一排的相鄰兩個所述微型超級電容器連接，并用導電銀膠將銅箔固定，通過不同的折疊方式得到不同的電路。