[發(fā)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?zhí)枺?/td> | 201810107992.6 | 申請日： | 2018-02-02 |
| 公開（公告）號： | CN108447695B | 公開（公告）日： | 2020-01-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 曲良體;高暢;趙揚;高健 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京理工大學(xué) |
| 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(xué)專利中心 | 代理人： | 楊志兵;仇蕾安 |
| 地址： | 100081 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 微型超級電容器 制備 電極 紙基 石墨烯復(fù)合物 石墨烯 可折疊的 模板壓 固態(tài)電解質(zhì) 儲能器件 電壓電流 可折疊性 制備過程 多孔性 可折疊 連接性 吸水性 紙基體 涂覆 壓印 風(fēng)能 輸出 清晰 | ||
本發(fā)明涉及一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，屬于微型儲能器件技術(shù)領(lǐng)域。所述方法是利用模板壓印技術(shù)將石墨烯或石墨烯復(fù)合物電極壓印在紙基底上，再在電極上涂覆固態(tài)電解質(zhì)，則在紙基底上制備得到微型超級電容器；該方法將片狀的石墨烯或者石墨烯復(fù)合物通過模板壓印在紙基體上使電極的輪廓清晰且連接性好，利用紙的多孔性和吸水性確保石墨烯或石墨烯復(fù)合物電極在紙上的穩(wěn)定性，利用紙的可折疊和柔性使所制備的微型超級電容器具有良好的柔性和可折疊性，可以實現(xiàn)風(fēng)能的收集和利用以及不同電壓電流的輸出；另外，該方法制備過程簡單，可操作性強，成本低，可大規(guī)模制備。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明具體涉及一種利用模板壓印技術(shù)制備可折疊的紙基微型超級電容器的方法，屬于微型儲能器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
隨著近年來電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子器件逐漸趨于小型化，電子器件的供能越來越受到人們的關(guān)注。其中，超級電容器這一儲能器件近年來得到了人們廣泛的關(guān)注和發(fā)展。受到電子器件體積的限制，超級電容器逐漸趨于微型化，柔性平面型微型超級電容器格外受到人們的青睞。目前主要采用打印技術(shù)以及抽濾工藝制備微型超級電容器。打印技術(shù)主要采用氧化石墨烯或其它導(dǎo)電溶液為原料將其打印到紙上，但該方法所制備的超級電容器的電極極易造成斷路。而抽濾制備則采用模板作為電極的形狀限定，將導(dǎo)電溶液透過模板抽濾到濾紙上，該方法雖看似簡單，但在操作中電容器的電極極易互相連接造成短路，且得到的電極邊緣極不清晰。此外，其制備的微型超級電容器電流電壓的輸出形式單一，通常僅能實現(xiàn)一種形式的能量輸出，這極大的限制了微型超級電容器的應(yīng)用。因此，開發(fā)一種新型的制備微型超級電容器的方法勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有微型超級電容器制備過程易斷路、電極不清晰以及電流電壓輸出形式單一等問題，本發(fā)明提供了一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，該方法利用模板壓印技術(shù)將石墨烯或石墨烯復(fù)合物電極壓印在紙上，并利用紙的多孔性和吸水性，保證了石墨烯或石墨烯復(fù)合物電極在紙上的穩(wěn)定性，而且所制備的微型超級電容器具有良好的柔性和可折疊性，可實現(xiàn)風(fēng)能的收集和利用以及不同電壓電流的輸出；同時，該方法制備過程簡單，可操作性強，可大規(guī)模制備。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種可折疊的紙基微型超級電容器的制備方法，所述方法包括以下步驟：
步驟1.利用化學(xué)氧化剝離法制備得到氧化石墨烯溶液，隨后向氧化石墨烯溶液中添加無水乙醇，再將二者的混合溶液置于液氮表面進(jìn)行冷凍，并進(jìn)行真空冷凍干燥，得到氧化石墨烯泡沫；再在氬氣保護(hù)氣氛下，先將氧化石墨烯泡沫加熱至200℃～300℃，保溫30min～90min，再繼續(xù)加熱至800℃～1100℃，保溫1h～3h，得到還原氧化石墨烯泡沫；
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；升溫速率為3℃/min～7℃/min；
步驟2.利用激光刻蝕制備基于叉指結(jié)構(gòu)的電極圖案的金屬模板；
金屬模板的材質(zhì)為鋁箔、銅箔或者不銹鋼，金屬模板的厚度為15μm～25μm，金屬模板中基于叉指結(jié)構(gòu)的電極圖案的個數(shù)為1個以上，基于叉指結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)的電極圖案中相鄰兩個叉指間隔寬度為300μm～700μm；
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(jié)構(gòu)的電極圖案，對還原氧化石墨烯泡沫施加20 MPa～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(jié)構(gòu)的石墨烯電極；
紙為打印紙、手寫紙、宣紙或硬質(zhì)纖維素紙板；將步驟2所制備的還原氧化石墨烯泡沫切成厚度為1mm～2mm的片狀，再用于步驟3中；
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