[實用新型]一種一體化陣列式傳感儲能器件

有效

• 申請號: 201920213812.2
• 申請日: 2019-02-19
• 公開（公告）號: CN209487329U
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 何鑫;劉均炎;沈耿哲;趙思柔;陳柏樺;江嘉怡
• 申請（專利權）人: 五邑大學
• 主分類號: H01G11/22
• 分類號: H01G11/22;H01G11/24;H01G11/28;H01G11/84
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 吳偉文

本實用新型提供一種一體化陣列式傳感儲能器件，該器件包括正極、負極、隔膜層，以及填充在負極和隔膜層之間的固態電解質；所述的負極包括柔性襯底、陣列式柱狀體、陣列集流體，所述的陣列集流體附著在柔性襯底表面上，所述的陣列式柱狀體連接在陣列集流體的節點處，形成一個連通的導電網絡。本實用新型結構設計具有優異的機械性能，可解決柔性可穿戴設備儲能問題。并且傳感儲能一體化，減少柔性可穿戴設備的體積，使其具有更廣泛應用空間。本實用新型通過導電網絡連通，同時將正極相應負極柱狀結構位置鏤空，使用隔膜將正負極結合，以電解質填充，負極可承擔傳感和儲能雙重作用；將傳感器與儲能器件結合可減少柔性器件體積，實現器件更多的功能。

技術領域

本實用新型涉及儲能材料技術領域，尤其是一種一體化陣列式傳感儲能器件。

背景技術

隨著近年來消費電子產品小型化及可穿戴、可折疊柔性電子產品概念的提出，亟待開發能為之提供能量的輕、薄、柔性的能量存儲器件。若柔性儲能器件兼具傳感性能，則可減少便攜式靈活性設備體積，使其具備更多的應用空間。傳統儲能器件由于體積較大且不能彎曲等原因，無法滿足柔性電子產品對高柔性和可加工性的需求。

目前，關于柔性儲能傳感器件的研究主要是集中在如何提高儲能器件的電化學儲能能力以及實現其更高應力傳感能量。在提升柔性儲能器件的儲能能力方面，主要是通過引入贗電容材料與碳納米材料進行復合。

2009年Cheng將石墨烯與聚苯胺結合制備了柔性可彎曲超級電容器，其比電容值可達 233F/g。2012年，Xie等人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，其比電容值可以達到267F/g。石墨烯由于具有良好的導電性、高的楊氏模量和透過性，在制備柔性儲能器件中也表現出優異的性能。Yu等人利用化學氣相沉積法制備了石墨烯薄膜用于透明柔性超級電容器，使得器件比電容達135F/g時。另一方面，提高其應力傳感性能主要是通過結構設計，與有機物襯底復合或自支撐實現傳感性能。YongseokJun教授研究團隊將導電的還原石墨烯氧化物(RGO)片層附著在柔性多孔的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上，構筑了一種多功能、高性能的石墨烯基應力傳感電子皮膚。該柔性器件具有較低的表面電阻 (1.5k構筑平方)、高靈敏性(gauge factor＝7-173)以及較寬傳感范圍(高達40％應變)，器件結構可控、制備成本低、便于大規模制備。Yang等以石墨烯織物為基礎，在不包覆聚合物的情況下，制作了一種貼身可穿戴的石墨烯織物應變傳感器，顯示了高靈敏度，長期穩定性和極大的舒適性。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種一體化陣列式傳感儲能器件，該器件具有更優異光電性能、兼容傳感和電化學性能。

本實用新型的技術方案為：一體化陣列式傳感儲能器件，包括正極、負極、隔膜層，以及填充在負極和隔膜層之間的固態電解質，所述的隔膜層位于正極和負極之間；

所述的負極包括柔性襯底、陣列式柱狀體、以及陣列集流體，所述的陣列集流體附著在柔性襯底表面上，所述陣列集流體的節點處連接有陣列式柱狀體，形成一個連通的導電網絡。

進一步的，所述的正極層采用導電材料作為集流體，并在集流體表面采用水熱或電鍍的方式負載一層活性材料作為正極，所述的導電材料為銅、銀、鎳、碳紙、碳布中的任意一種；所述的活性材料為氧化錳、氫氧化鎳、氫氧化鈷中的任意一種。

進一步的，所述的柔性襯底為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

進一步的，所述的陣列式柱狀體采用彈性導電材料制成，所述的彈性導電材料為石墨烯/ 聚苯胺氣凝膠材料或碳納米管/聚苯胺氣凝膠材料。

進一步的，陣列式柱狀體包括壓實部分與非壓實部分，通過壓實部分避免其產生形變而導致儲能性能的下降，通過非壓實部分可以由應力發生形變產生不同的電信號實現傳感。