[发明专利]在任意绝缘基底上制备的线型串联超级电容器

说明书

本发明公布了一种在任意绝缘基底上制备具有线型自串联结构的平面超级电容器的方法，具体为采用喷墨打印、丝网印刷、3D打印、喷涂等方法将稳定的活性物质墨水(包括石墨烯、碳纳米管、高容量聚合物和氧化物)在任意绝缘基底上制备出具有线型自串联结构的超级电容器，器件的电极材料，集流体，连接体等组成成分均通过一步打印或喷涂制得。所得的线型串联超级电容器具有高的输出电压，能够与柔性可穿戴电子产品集成作为其功率源，有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明属于能源存储领域，具体涉及一种在任意绝缘基底上制备的线型串联超级电容器的方法。

背景技术

传统的堆叠型超级电容器由集流体/正极材料/隔膜/负极材料/集流体依次堆叠而成。这种构型的超级电容器制造流程复杂，而且多个组成成分的存在使得超级电容器体积较大，在弯曲过程中也容易出现界面之间的分离，不利于其与便携式，可穿戴的柔性电子器件集成，限制了其实际应用。为了解决这些问题，近年来人们着力发展平面型超级电容器。相对于堆叠构型，平面型超级电容器的集流体、电极、隔膜和电解液都集成到同一基底上，有效解决了多界面分离的问题，有利于器件各组成部分的组合和不同器件形状的设计。

虽然利用多种技术如打印、光刻、激光刻写等都可以实现平面型超级电容器的制备，但是在实际应用中，通常需要将多个超级电容器进行串联或并联集成来提高输出电压或电流，应用上述方法，必须借助金属导线才能实现器件的集成。然而导线的引入复杂了器件制备的流程，增大了器件的质量和体积，降低了器件的一体性，不利于其与电子元件的进一步集成。因此，探索简化、高效地实现超级电容器的制备和多个器件的自集成的方法及构筑新的器件构型对于超级电容器的实际应用至关重要。

本发明公布了一种在任意绝缘基底上制造线型串联超级电容器的方法，采用喷墨打印、丝网印刷、3D打印、喷涂方法在任意绝缘基底上一步实现线型平面超级电容器的制备和串联集成。具体为以石墨烯、导电聚合物、过渡金属氧化物等材料的稳定分散液为墨水，采用喷墨打印、丝网印刷、3D打印、喷涂等方法同时制备出超级电容器的电极、集流体和连接体，一步实现超级电容器的制造和多个器件的自串联集成。所得的器件具有很高的电压输出和出色的柔性，且可以实现大规模生产，能够有效与可穿戴电子产品集成，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于采用过程简单，成本较低的方法在任意绝缘基底上制造具有高电压输出的超级电容器，以满足作为可穿戴电子设备功率源的需求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

在任意绝缘基底上制造具有线型串联结构的超级电容器，具体包括以下步骤：

(1)以石墨烯、导电聚合物、过渡金属氧化物等材料的稳定分散液为墨水，采用喷墨打印、丝网印刷、3D打印、喷涂等方法在任意绝缘基底上同时制备出电极、集流体和连接体，一步实现器件的制备和自集成。

(2)在绝缘基底上沉积的图案具有不连续的结构，其包括至少二组以上的不连续的线段，且其中二组线段分别定义为A₁、A₂、…、A_n和B₁、B₂、…、B_n-1(、B_n)，n≥2正整数，i为1～n间的任一正整数，其中线段A_i和A _i+1在线段B_i二端点连线上的投影分别形成一投影区K和L，其中二投影区K和L均不为空集(即均为一直线线段)且不相交，而对应于形成二投影区K和L的线段A_i和A_i+1上的线条分别定义为M_i和M_i+1；j为1～n间的任一正整数，其中线段B_j和B_j+1在线段A_j+1二端点连线上的投影分别形成一投影区C和D，其中二投影区C和D均不为空集(即均为一直线线段)且不相交；