[發明專利]柔性全固態不對稱超級電容器電極及其一分為二制備方法

在審

• 申請號: 202011461938.5
• 申請日: 2020-12-12
• 公開（公告）號: CN112635201A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王帥;池凱
• 申請（專利權）人: 珠海復旦創新研究院
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/32;H01G11/36;H01G11/46
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于柔性儲能器件技術領域，具體為一種柔性全固態不對稱超級電容器電極及其一分為二制備方法。本發明制備方法從氫氧化鎳@聚多巴胺復合材料出發，在空氣中煅燒得到氧化鎳陣列電極，用作超級電容器正極；在氬氣中煅燒后酸處理得到石墨烯納米篩陣列電極，用作超級電容器負極。經過組裝后得到柔性全固態不對稱超級電容器，具有良好的電化學性能。本發明制備方法在非對稱超級電容器電極的研制中具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于柔性儲能器件技術領域，具體涉及一種柔性全固態不對稱超級電容器電極及其制備方法。

背景技術

近年來，柔性可穿戴電子器件的興起推動了柔性儲能技術的快速發展。因此，設計高性能、低成本的柔性儲能裝置是當前的研究熱點。在各種儲能裝置中，柔性全固態超級電容器以其充放電快、壽命長、環保等優點給人們帶來了希望，引起了廣泛關注。然而，超級電容器的低能量密度限制了其大規模應用。

根據公式(E=CV²/2)，需要通過增加整個器件的電容和工作電壓來增加能量密度。采用高電容雙層電容器（EDLC）材料（如多孔碳、碳納米管、石墨烯等）和贗電容器/電池型材料（如氧化鈷、氧化鎳、氧化鐵等）設計的不對稱/混合超級電容器有望改善儲能性能。到目前為止，有關不對稱超級電容器中不同電極材料的研究已經有很多報道。近年來的研究工作表明，電極活性材料的納米形貌和結構控制是實現電化學性能最大化的一種非常有效的策略，如三維多孔結構、納米片/納米棒陣列結構、多層遞階結構的發展都能對其產生決定性的推動作用電極的表面積和活性部位。然而，不對稱超級電容器的整體性能并不局限于單個電極，需要兩個電極之間的共同貢獻和協同作用。因此，用簡單的合成方法開發高性能正負極材料是制備高性能不對稱超級電容器的一個具有挑戰性的問題。通過不同的條件從單一的前體發展出兩種或兩種以上的材料是材料合成領域一個重要前沿問題。這一策略使得在繼承了前體的一些形態和結構特征的同時，使最終產物的成分調整變得簡單易行。這種“一分為二”的理念為材料合成與制備提供了簡便可行的新途徑。因此，用這種方法制備柔性超級電容器的兩種不同的自支撐電極具有許多令人感興趣的優點，如柔性和納米結構相似，制造工藝簡單，成本低廉。因此，由單一前驅體制備具有不同電容特性的電極材料并組裝成集成器件具有很大的應用前景。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種柔性全固態不對稱柔性超級電容器電極及其“一分為二”制備方法。

本發明通過對整體工藝流程、以及各個關鍵工藝步驟的反應條件及參數 (如反應原料的種類及配比、反應物濃度、反應氣氛及反應溫度等)進行改進，實現了由一種前驅體復合材料同時制備出組裝柔性超級電容器所需要的正極和負極電極材料。該制備方法工藝簡單、操作便捷，反應材料廉價、易得。

本發明提供的柔性全固態不對稱超級電容器電極的“一分為二”制備方法，具體步驟為：

（1）以碳布為基底，在其表面生長氫氧化鎳納米片陣列，隨后包覆聚多巴胺，形成碳布@氫氧化鎳@聚多巴胺復合材料；

（2）將碳布@氫氧化鎳@聚多巴胺復合材料在空氣中煅燒，形成碳布@氧化鎳納米片陣列，用作超級電容器正極；

（3）將碳布@氫氧化鎳@聚多巴胺復合材料在氬氣中煅燒，然后再通過酸處理形成碳布@石墨烯納米篩陣列，用作超級電容器負極；

（4）基于以上兩種電極組裝柔性固態超級電容器。

作為優選，步驟（1）中所述生長氫氧化鎳納米片陣列的溶液是0.1-0 .15mol/L六水氯化鎳和0.2-0.3mol/L六亞甲基四胺的混合溶液。

作為優選，步驟（1）中所述氫氧化鎳生長溫度為90~100 ℃，時間為10-12h。

作為優選，步驟（1）中所述包覆聚多巴胺，是在鹽酸多巴胺-Tris混合溶液中進行，Tris濃度為1.21~1.81g/L，反應時間為24-48h。