[发明专利]一种基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器的制备方法和应用

说明书

本发明公开了基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器的制备方法和应用，该超级电容器为三明治结构，是将碳化钛(Ti₃C₂)超薄纳米片的分散液通过真空抽滤技术制成柔性电极后在两片柔性电极间涂覆H₂SO₄/PVA凝胶组成的，操作方法简单，常温常压条件下即可完成；利用本发明公开方法制备的柔性超薄全固态超级电容器具有优异的电化学储能性质和良好的机械性能，厚度仅为190‑210μm，属于超薄型储能器件，能够为微型便携式电子设备提供能量。

技术领域

本发明涉及电容技术领域，具体是涉及一种基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器的制备方法与其在电化学储能领域的应用。

背景技术

随着电子技术的快速发展，电子传感器、柔性显示器、健康监护仪等可穿戴式电子设备受到各界的广泛关注并取得了飞速的发展。可穿戴电子器件具有柔性、智能、轻薄的特点，传统的刚性、大体积块状电池显然难以满足该类器件的储能需求，为了匹配可穿戴电子设备，必须开发出能与之兼容的更加轻、薄、柔性的储能器件。

柔性全固态超级电容器由柔性薄膜电极和固态凝胶电解质组成，因具有可快速充放电、高比电容、高的功率密度、超长的循环寿命、安全环保和优良的力学性能以及宽的使用温度范围等优点受到科学界和产业界的广泛关注，是新一代柔性电子器件的关键设备。不同于传统电容器的是，柔性超级电容器中，基地、电极和电解质均是柔性的，能够赋予电容器各种各样的形状，可以提供更加丰富的形态和功能，能够满足电子设备的发展需求。

二维电极材料可用于制备柔性全固态超级电容器，其本身的性质有助于增加材料的表面积和活性部位的利用率，同时减少离子的扩散距离，从而增加材料的电容值和倍率特性。基于二维Ti₃C₂超薄纳米片的柔性超薄超级电容器的研制，不仅可以促进新电极材料的发展，它还可以有效的促进柔性超薄储能器件发展及其成为便携式电子设备功能的应用。

本发明提供了一种通过真空抽滤技术制备基于Ti₃C₂纳米片的柔性电极，并在两个柔性电极之间涂覆H₂SO₄/PVA凝胶作为固态电解质，最终组装成三明治结构的碳化钛柔性超薄全固态超级电容器的方法。该电容器不仅具有良好的柔性、超薄性等机械特性，还具有优异的电化学储能性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，发展一种低成本，低能耗，制备工艺简单、储能性质优异、机械性能良好的基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器。

本发明的技术方案为：一种基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器的制备方法，具体操作步骤为：将Ti₃C₂超薄纳米片分散液采用真空抽滤技术抽滤成膜，于室温下干燥6h形成柔性薄膜电极，在一块柔性薄膜电极一侧涂覆H₂SO₄/PVA 凝胶，将涂覆凝胶的电极置于40℃烘箱中干燥15min，取出后在凝胶一侧覆盖上另一片经干燥的柔性薄膜电极后放置于40℃烘箱中干燥5h，组装成三明治结构的柔性超薄全固态超级电容器。

进一步地，所述基于碳化钛的柔性超薄全固态超级电容器的厚度为190-210 μm。

进一步地，所述Ti₃C₂纳米片的制备步骤为：

1)LiF与9M HCl混合，磁力搅拌至LiF完全溶解，缓慢加入与LiF等质量的Ti₃AlC₂，将混合物置于反应釜中，在60℃条件下反应72h；

2)将产物在3500rpm，5min的条件下进行离心处理，用去离子水将步骤1 中产物洗至pH>6，并真空干燥；