[發(fā)明專利]NBGA//RGO/PPy/Ag非對(duì)稱彈性超級(jí)電容式壓電傳感器的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010468120.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN111696793B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 辛青;郁杰;臧月;林君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/32;G01L1/14
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發(fā)明公開了一種NBGA//RGO/PPy/Ag非對(duì)稱彈性超級(jí)電容式壓電傳感器的制備方法，本發(fā)明先制備氮硼摻雜石墨烯氣凝膠電極和RGO/PPy/Ag銀摻雜聚吡咯石墨烯氣凝膠電極材料，將兩種電極壓到鎳片上，正負(fù)電極材料面上涂上KOH/PVA凝膠電解質(zhì)，令鎳片的正負(fù)電極材料面正對(duì)，按壓并在室溫下干燥，完成全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器的組裝；本發(fā)明制備的工藝簡(jiǎn)單高效、重現(xiàn)性好、可規(guī)模化制備，制備的器件擁有較大的功率密度，較寬的工作電壓窗口，快速充放電等特點(diǎn)。與壓電傳感器領(lǐng)域結(jié)合，拓寬了超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域，優(yōu)化了傳感器模塊在復(fù)雜環(huán)境下的抗性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于基于超級(jí)電容新材料能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，制備了一種NBGA//RGO/PPy/Ag非對(duì)稱彈性超級(jí)電容式壓電傳感器，該傳感器實(shí)現(xiàn)了將外部對(duì)超級(jí)電容器的應(yīng)力轉(zhuǎn)化為傳感器的響應(yīng)電流。

背景技術(shù)

作為結(jié)合了超級(jí)電容器領(lǐng)域和壓電傳感器領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，繼承了超級(jí)電容器快速充放電的高功率密度、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，同時(shí)彈性氣凝膠電極也具有重量輕面積小、可植入、可承受應(yīng)力并具有一定恢復(fù)能力等等特點(diǎn)，契合了壓電傳感器的設(shè)計(jì)思路，在此之上設(shè)計(jì)了基于超級(jí)電容器的壓電傳感器集成模塊。

將超級(jí)電容器應(yīng)用于傳感器模塊，將其作為電源保障了對(duì)整個(gè)傳感器系統(tǒng)的供電，并因?yàn)橹苽涞膹椥噪姌O，可以對(duì)外部變化的應(yīng)力做出反應(yīng)，超級(jí)電容器電化學(xué)性能的改變可以在電路模塊中被反映出來，基于冷凍干燥工藝制備的電極，同時(shí)聚合了聚吡咯材料的電極具有親水性，不容易受到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景帶來的溫度差異、外部液體混入、物理形變等因素的影響，該設(shè)計(jì)完全可以應(yīng)用于人體紡織物或是嚴(yán)苛自然環(huán)境下的應(yīng)力檢測(cè)。

為了提高超級(jí)電容器的能量密度，制備非對(duì)稱超級(jí)電容器是提高能量密度最安全有效的途徑之一。非對(duì)稱超級(jí)電容器是通過組裝兩個(gè)電位窗口不同的電極來提高工作電壓。制備非對(duì)稱超級(jí)電容器需要兩種電壓窗口不同的電極，通過把電位相對(duì)較正的作為正極材料，電位相對(duì)較負(fù)的作為負(fù)極材料。

NBGA//RGO/PPy/Ag非對(duì)稱彈性超級(jí)電容器是用氮硼摻雜石墨烯NBGA材料做正極，銀摻雜聚吡咯氧化石墨烯RGO/PPy/Ag材料做為負(fù)極組裝的非對(duì)稱全固態(tài)彈性超級(jí)電容器。其中，氮硼摻雜石墨烯NBGA是一種用氧化石墨烯、氨水、硼酸混合水熱反應(yīng)冷凍干燥形成的氣凝膠材料，銀摻雜聚吡咯氧化石墨烯(RGO/PPy/Ag)是氧化石墨烯、聚吡咯、硝酸銀溶液(AgNO₃)一步水熱反應(yīng)冷凍干燥形成的氣凝膠材料。以上兩種氣凝膠材料都是基于高溫高壓水熱反應(yīng)，以及冷凍干燥工藝制備的氣凝膠材料，制備工藝簡(jiǎn)單，具有良好的電化學(xué)性能，同時(shí)受到應(yīng)力電化學(xué)性能隨之改變，適合組裝成超級(jí)電容器作為電源應(yīng)用于壓電傳感器模塊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出可一種NBGA//RGO/PPy/Ag非對(duì)稱彈性超級(jí)電容式壓電傳感器的制備方法，并將其應(yīng)用在壓電傳感器模塊，研究外部應(yīng)力下的超級(jí)電容器電化學(xué)性能和傳感器電路參數(shù)的關(guān)系。

NBGA//RGO/PPy/Ag非對(duì)稱彈性超級(jí)電容式壓電傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：氮硼摻雜石墨烯氣凝膠電極的制備

(1)、將2mg/ml硼酸溶液、5mg/ml氧化石墨烯溶液和28％的氨水溶液按3-18:600:10 的體積比混合，混合液經(jīng)超聲處理60-90分鐘使其分布均勻；

(2)、將混合溶液置于高壓反應(yīng)釜120-140℃內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)12-14h，反應(yīng)完成后室溫下靜置形成水凝膠；

(3)、取出反應(yīng)釜內(nèi)的水凝膠，在溶劑下透析6h，沖洗掉多余的透析液后放入-18℃環(huán)境下48h冷凍干燥，再取出樣本自然干燥形成NBGA，將NBGA作為正電極材料，其中NBGA 表示氮硼摻雜石墨烯氣凝膠；

步驟二：RGO/PPy/Ag銀摻雜聚吡咯石墨烯氣凝膠電極材料的制備