[发明专利]一种柔性超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性超级电容器及其制备方法，该柔性超级电容器包括弹性基底以及沉积在其表面的叉指状电极结构，该叉指状电极结构包括自下而上依次印刷在弹性基底表面的导电纳米金属墨水层、电化学活性墨水层以及电解质层。其制备方法包括如下步骤：(1)对弹性基底表面进行预处理，调节其浸润性；(2)控制弹性基底温度为40～60℃、线宽100～1000μm、线间距100～1000μm，依次将导电纳米金属墨水、电化学活性墨水与电解质以叉指状结构印刷到弹性基底上，得到柔性超级电容器。本发明可获得综合性能优异的柔性超级电容器，且全印刷的制备方法简单，可有效降低制作成本，适于大规模生产，特别适用于未来柔性、便携可穿戴电子产品的应用。

技术领域

本发明涉及一种柔性超级电容器及其制备方法，属于光电信息材料及应用领域。

背景技术

柔性超级电容器作为一种前沿科技及新兴储能器件在柔性、便携、可穿戴电子领域应用前景广阔。目前超级电容器多采用三明治结构，界面电阻大，电解质离子扩散路径长，导致电化学能量存储性能较差，而且弯折时层间容易滑移、开裂，柔性差。

另外，目前超级电容器的制作方法工艺复杂，浪费原料，成本高，不利于大规模批量化生产。

发明内容

发明目的：为了克服现有超级电容器存在的问题，本发明提供一种综合性能优异且成本低的柔性超级电容器，并提供一种该柔性超级电容器的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种柔性超级电容器，包括弹性基底以及沉积在其表面的叉指状电极结构，该叉指状电极结构包括自下而上依次印刷在弹性基底表面的导电纳米金属墨水层、电化学活性墨水层以及电解质层。

其中，弹性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)等。

上述叉指状电极结构的各层中：

导电纳米金属墨水层选用的导电纳米金属墨水可为金纳米粒子墨水、银纳米粒子墨水、铜纳米粒子墨水、金纳米线墨水、银纳米线墨水、铜纳米线墨水中的一种。

电化学活性墨水层选用的电化学活性墨水中包含电化学活性材料，该电化学活性材料优选为导电聚合物、金属氧化物、碳纳米材料和MXenes中的一种或几种的多元复合物。进一步的，导电聚合物可选自聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、聚苯胺、聚吡咯及上述材料的水凝胶；金属氧化物可为氧化钴、氧化锰和氧化锌钴等；碳纳米材料可选自活性炭、石墨烯和碳纳米管等；MXenes可为二维过渡金属碳化物或碳氮化物等。

优选的，电化学活性墨水由电化学活性材料分散到高低沸点混合溶剂体系中，再加入表面活性剂等配制得到；其中，高低沸点混合溶剂中，高沸点溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙二醇等，低沸点溶剂为水、异丙醇等；表面活性剂可为曲拉通、十二烷基磺酸钠等。为增强分散性或成膜性，配制电化学活性墨水时，还可添加分散剂、成膜剂，其中，分散剂可为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺等，成膜剂可为硝基纤维素等。

较优的，电解质层选用的电解质为铁离子交联的聚丙烯酸钠电解质，其制备方法为：将浓度为20～30mol L^-1的氢氧化钠溶液缓慢滴入丙烯酸单体和氯化铁的混合水溶液中，其中丙烯酸单体的质量分数为40～50％，氯化铁的摩尔浓度为0.01～0.05mol L^-1；然后将浓度为0.05～0.1mol L^-1的过硫酸铵加入到上述溶液中、搅拌溶解；随后将所得溶液置于烘箱中静置，使其自由基聚合；将聚合的水凝胶在烘箱中干燥，再在浓度为0.1～0.3mol L^-1醋酸锌与4～8mol L^-1的氢氧化钾的混合溶液中浸泡，即得。

本发明所述的一种柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

(1)对弹性基底表面进行预处理，调节其浸润性；