[发明专利]基于电化学增材制造的柔性微型超级电容器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于电化学增材制造的柔性微型超级电容器及其制备方法，根据超级电容器微型化要求选择满足尺寸的柔性基底，并对柔性基底表面进行亲疏水性处理；在柔性基底表面采用导电材料制备集流体；根据超级电容器的电极材料，配置电解液，送入增材制造的打印针管中，并在打印针管与基底之间施加电压，形成由打印针管‑电解液‑集流体构成的微型电解池，并打印制备柔性电极；利用增材制造的方式，将聚合物电解质打印于电极之上，形成柔性微型超级电容器。该方法具有材料局限性小，工艺简单，成本低廉。选用平面式电极结构，通过合理的材料选择以及结构优化，可以有效的降低制备成本，提升器件的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种基于电化学增材制造的柔性微型超级电容器及其制备方法，属于微能量存储技术领域。

背景技术

随着物联网以及生物医疗器件的迅速发展，与之相配的柔性微型能量存储的技术的需求日益增加。超级电容器作为一种兼顾能量密度与功率密度的储能器件，能够很好的满足现有微电子器件对于功率密度以及能量密度的要求，因而具有良好的应用前景。在柔性方面，科研工作者在电极、电解质方面开展了大量工作，在实现超级电容器柔性功能的同时，仍能够保留较高的电化学性能。

但是，上述柔性超级电容器的尺寸依然较大，难以满足现有电子器件微型化，集成化的需求。因此，更加适合微型器件的平面结构取代了原先的三明治结构，在极大的减少了整体器件尺寸的同时，保持率原有器件的柔性。然而，现有的制备方法大多基于微电子器件的光刻制造工艺，方法复杂，成本高昂，更重要的是，光刻过程中的高温会严重损害器件的柔性以及聚合物电解质的性能。新型的制备方法诸如喷墨打印，丝网印刷等方法则对材料有较大限制，难以充分发挥现有电极材料限制，因而器件性能有待进一步提高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对目前微型超级电容器制备工艺复杂，条件苛刻，候选材料有限的问题，本发明的目的在于提供基于电化学增材制造的柔性微型超级电容器及其制备方法，该方法具有材料局限性小，工艺简单，成本低廉。采用基于电化学增材制造的加工方法，选用平面式电极结构，通过合理的材料选择以及结构优化，可以有效的降低制备成本，提升器件的电化学性能。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于增材制造的柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

S100，根据超级电容器微型化要求选择满足尺寸的柔性基底，并对柔性基底表面进行亲疏水性处理；

S200，在柔性基底表面采用导电材料制备集流体；

S300，根据超级电容器的电极材料，配置电解液，送入增材制造的打印针管中，并在打印针管与基底之间施加电压，形成由打印针管-电解液-集流体构成的微型电解池，并打印制备柔性电极；

S400，利用增材制造的方式，将聚合物电解质打印于电极之上，形成柔性微型超级电容器。

步骤S200中，采用增材制造或磁控溅射的方法制备集流体。

步骤S200中，施加电压范围为0-5V。

所述的柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

所述的集流体为金属；集流体的厚度为10～30μm。

所述的集流体为金、银、铜或碳材料。

所述的柔性电极为碳材料、金属氧化物、金属硫化物或导电聚合物及其复合物；柔性电极的厚度为5～20μm。

所述的聚合物电解质为以聚乙烯醇或聚氧化乙烯为基体的电解质；聚合物电解质的厚度为10～30μm。

所述的电解液为氧化石墨烯电解液、苯胺电解液、醋酸锰电解液或氧化石墨烯与苯胺混合的电解液。