[发明专利]一种基于纸张的柔性超级电容器的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种超级电容器的制备方法及其在自驱动系统中的应用。

背景技术

随着现代社会对各种能源的巨大需求，寻找清洁、可再生的能源已经成为世界各国共同关心的问题。太阳能和风能是很好的绿色能源，但是它们实际上都是间歇性的能量源，例如在晚上或者阴雨天，太阳能的获取效率会大大降低；而风能也无法保证全年全天候的能量供给。其他的一些能量收集技术例如纳米发电机等，可以有效地将周围环境中的微小动能转化为电能，但是其较低的功率输出导致这些技术无法做到持续地驱动小型电子器件。这些限制可以利用能量存储系统来解决，因为能量存储系统可以将各种零散的能量储存起来，并能按照实际需求稳定持续地提供能量输出。现阶段，各种蓄电池、锂电池和超级电容器等都可以用来存储电能。

超级电容器由于具有更高的功率密度和更长的循环寿命，正受到人们越来越多的关注。其作为功率型的储能器件，可以作为太阳能、风能发电的蓄电装置，还可作为电动汽车的动力电源，在军事航天及消费类的电子产品也具有越来越多的应用。因此，可以将太阳能、风能及其他各种能量储存在超级电容中，进而可以用来驱动小型电子器件。

便携式和可穿戴式电子传感器将会在未来有巨大的应用前景，例如便携式显示屏、电子皮肤和分布式传感器等。有专家认为，本世纪传感器将在我们生活工作的各个方面扮演着不可替代的角色。如果使用电池或者外接电源来驱动传感器，每年全世界将会用掉大量能源，且产生无数难以处理的废旧电池，严重制约了经济及社会发展。目前普遍认为，自驱动传感器网络是最好的解决方法，将在未来数十年内有力地带动世界经济的发展。自驱动技术可以保证传感器网络独立使用，从而不再依靠外加电源。通过太阳能电池将太阳能转化为电能，利用纳米发电机或者压电陶瓷等将环境中的风能、人类活动产生的动能等转化为电能，进而储存到超级电容器中，进而利用其来驱动传感器，无需外接电源或电池。自驱动系统可以充分环境中的能量，并且无污染，真正实现清洁能源技术，在军用及民用方面都会有巨大的应用前景。

目前的超级电容器的制备方法中，通常采用强酸或者强碱作为液态电解质，为了防止电解液泄露，需要非常紧密的封装，导致了电容器的体积和重量增加，不适宜用在便携式的电子器件上。选取合适的电容材料及制作工艺制备低成本、稳定、高效的柔性全固态超级电容器，进而与纳米发电机或太阳能电池等结合构成自驱动系统定是未来发展的趋势。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明旨在提供一种基于纸张的柔性超级电容器的制备方法，利用本发明的方法所制备的超级电容器件具有大的单位面积电容，且器件在弯折前后都能保持较好的电化学特性。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下：

一种基于纸张的柔性超级电容器的制备方法，具体为：首先，在纸的表面沉积一层聚乙烯醇或者偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等柔性且不导电的聚合物；其次，在所述经过处理的纸上沉积金或者银、铜、铁、铝等各种金属膜，形成柔性的导电纸衬底；然后，在所述柔性导电衬底上制备各种金属氧化物或导电聚合物，形成电极材料；最后，通过固态电解质将两块电极材料组装成超级电容器。

作为本发明的改进，所述纸为印刷用纸、书写纸、绘图纸或电绝缘纸。

作为本发明的改进，所述不导电的聚合物为聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或者聚苯乙烯。

作为本发明的改进，所述的金属膜可以为金、银、铜、铁、铝或者钽的薄膜。

作为本发明的改进，所述的金属氧化物为氧化锰、氧化铁、氧化钒、氧化镍、氧化钴、氧化钼、氧化锡或者氧化铟。

作为本发明的改进，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚3，4-乙烯二氧噻吩或者其衍生物。

本发明还公开了利用上述的制备方法制备的超级电容器及其在自驱动系统中的应用。

本发明的方法制备的柔性全固态超级电容器具有良好的可弯折性和电化学特性，在能量存储和能量管理方面具有良好的应用前景。

本发明的技术效果体现在：制备柔性超级电容器的工艺简单、易于进行生产控制，由于采用纸作为衬底，成本相对低廉，适宜大规模生产。制备出的柔性超级电容具有良好的电化学特性，能够用来存储太阳能电池以及纳米发电机产生的电能，驱动应变传感器，展示了超级电容器在自驱动系统中的应用前景。

附图说明

图1所示为本发明的固态超级电容器电极的制备流程。

图2所示为在纸上沉积的聚苯胺纳米网络的扫描电子显微镜图片。