[發明專利]一種柔性非對稱超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 202111239614.1
• 申請日: 2021-10-25
• 公開（公告）號: CN113921293B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王猛;賈夢穎;張興雙;高萌;李勇;李東瑋;白鐘琪
• 申請（專利權）人: 山東省科學院新材料研究所
• 主分類號: H01G11/44
• 分類號: H01G11/44;H01G11/34;H01G11/46;H01G11/48;H01G11/36;H01G11/30;H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 程小芳

本發明公開了一種柔性非對稱超級電容器及其制備方法，屬于電容器技術領域。所述柔性非對稱超級電容器組成原料包括陽極薄膜、陰極薄膜和凝膠電解質；所述陽極薄膜和陰極薄膜均為碳化纖維素與石墨烯或碳納米管復合得到的薄膜；所述陽極薄膜表面負載有MnO₂顆粒；所述陰極薄膜表面負載有聚吡咯顆粒。本發明制備的柔性非對稱超級電容器比傳統超級電容器擁有更高的能量密度和循環穩定性，還兼具高的力學穩定性和柔性，在外力作用下發生形變時電化學性能影響較小，有望在可穿戴電子產品中廣泛應用。

技術領域

本發明涉及電容器技術領域，特別是涉及一種柔性非對稱超級電容器及其制備方法。

背景技術

超級電容器不同于傳統的化學儲能裝置，是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的儲能裝置，主要依靠雙電層和氧化還原贗電容電荷儲存電能。柔性超級電容器在兼具超級電容器高功率密度、快速充放電、長循環壽命的優點的同時還具有優秀的機械柔性，可以適應各種場景，在便攜式和微型電子設備中有著廣闊的應用前景。然而，傳統的電極材料主要是金屬基材料和導電聚合物，制備工藝復雜且成本高，難以兼具優良的電化學性能、柔性和力學穩定性，因此開發新型柔性超級電容器仍是一個巨大的挑戰。

纖維素作為自然界中最豐富的天然可再生高分子聚合物之一，具有豐富的表面基團(羥基)和較高的力學柔性，在可穿戴設備的柔性電極材料方面有潛在的應用。然而纖維素本身不導電，電化學性能較弱，如何將纖維素應用于柔性超級電容器使其兼具優良的電化學性能、柔性和力學穩定性，是電容器領域需要解決的一個技術難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種柔性非對稱超級電容器及其制備方法，以解決上述現有技術存在的問題，使柔性超級電容器兼具優良的電化學性能、柔性和力學穩定性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種柔性非對稱超級電容器，組成原料包括陽極薄膜、陰極薄膜和凝膠電解質；

所述陽極薄膜和陰極薄膜均為碳化纖維素與石墨烯或碳納米管復合得到的薄膜；

所述陽極薄膜表面負載有MnO₂顆粒；

所述陰極薄膜表面負載有聚吡咯顆粒。

進一步地，所述凝膠電解質為PVA/H₂SO₄凝膠電解質。

本發明還提供上述柔性非對稱超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將纖維素材料在惰性氣體氛圍中進行碳化處理，碳化結束后冷卻研磨得到碳化纖維素；

步驟2，將所述碳化纖維素加入到碳材料分散液中，水熱反應后抽真空過濾得到薄膜；

步驟3，對所述薄膜進行電沉積，分別得到表面沉積MnO₂顆粒的陽極薄膜和表面沉積聚吡咯顆粒的陰極薄膜；

步驟4，在所述陽極薄膜和所述陰極薄膜之間涂一層凝膠電解質，得到所述柔性非對稱超級電容器。

進一步地，步驟1中所述纖維素材料為棉質纖維、微晶纖維素和羧甲基纖維素中的一種；所述惰性氣體為氮氣或氬氣。

進一步地，步驟1中，所述碳化處理具體為：以2～5℃/min的升溫速率從室溫升溫至400～500℃，保溫1～2h；隨后以5～10℃/min的升溫速率繼續升溫至800～1000℃，保溫1～2h。

進一步地，步驟2中，所述碳材料為石墨烯或碳納米管。

進一步地，步驟2中，所述碳材料分散液中包括N,N-二甲基甲酰胺、單寧酸、水合肼和水。