[發明專利]一種墨水直寫3D打印導電聚合物基微型超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 202210048487.5
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114551111B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 李樂;孟健;劉天西;包旭冉
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

1.一種導電聚合物基微型超級電容器，其特征在于，所述微型超級電容器包括基底、集流體、叉指型電極、凝膠電解質、封裝層，其中，所述集流體的材料為金、銀、銅或鎳，所述叉指型電極的電極材料為PEDOT:PSS/MXene復合水凝膠，所述凝膠電解質為聚乙烯醇/硫酸凝膠電解質，所述封裝層為苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或聚二甲基硅氧烷；所述電極材料PEDOT:PSS/MXene復合水凝膠通過以下方法制備得到：將MXene溶解在水或者水-乙二醇混合溶劑中，分散均勻，隨后加入PEDOT:PSS，通過攪拌得到混合均勻的可打印油墨，然后通過墨水直寫3D打印方式負載集流體上即可。

2.根據權利要求1所述的一種導電聚合物基微型超級電容器，其特征在于，所述水-乙二醇混合溶劑中水和乙二醇的體積比為2:1～20:1。

3.根據權利要求1或2所述的一種導電聚合物基微型超級電容器，其特征在于，所述PEDOT:PSS和MXene的質量比為7:1～1:5，兩者總濃度為60～180mg mL^-1。

4.權利要求1～3任一項所述的一種導電聚合物基微型超級電容器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將集流體通過墨水直寫3D打印方式負載在基底上，烘干得到叉指型圖案；

(2)將MXene溶解在水或水-乙二醇混合溶劑中，分散均勻，隨后加入PEDOT:PSS，通過攪拌得到混合均勻的可打印油墨；

(3)將步驟(2)得到的油墨通過墨水直寫3D打印方式負載在步驟(1)得到的叉指型集流體上，得到復合水凝膠基叉指型電極；

(4)將電解質水溶液涂覆在步驟(3)得到的叉指型電極上，烘干濃縮得到凝膠電解質；

(5)將封裝液涂覆在步驟(4)得到的凝膠電解質上方，干燥，得到封裝好的導電聚合物基微型超級電容器。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中基底為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚苯乙烯的任一種。

6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中3D打印空壓為20～400kPa，打印速度為1～10mm s^-1，針頭直徑為0.06～1.5mm。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中電解質為聚乙烯醇/硫酸水溶液，其中聚乙烯醇含量為3～20wt％，硫酸含量為0.1～4mol L^-1。

8.包含權利要求1～3任一項所述的一種導電聚合物基微型超級電容器的電子設備。

9.權利要求1～3任一項所述的一種導電聚合物基微型超級電容器在智能家居、醫療、娛樂領域的應用。