[发明专利]一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法

说明书

本发明涉及微型储能器件领域，旨在提供一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法。该方法包括：以导电Au/PET叉指基底中的一指作为工作电极进行电沉积，原位制备锰钴双氢氧化物纳米片基体，在此基础上进一步进行电沉积，得到锰钴双氢氧化物‑镍钴磷酸盐复合正极材料；然后以叉指基底中另一指作为工作电极进行电沉积，得到氢氧化氧铁纳米片负极材料；最后进行叉指电容器的封装。本发明工艺简单、可操作性强，可直接生长出电极材料以构成叉指电容器的正负极；通过原位电沉积法进行过正负极的不同沉积实现非对称结构的构建，从两个维度提升叉指电容器的能量密度。

技术领域

本发明涉及微型储能器件领域，具体涉及一种以锰钴双氢氧化物-镍钴磷酸盐复合材料为正极材料，氢氧化氧铁为负极材料的叉指型微型超级电容器的制备。

背景技术

平面微型叉指电容器有着能在短时间内释放强大电流的能力，被认为是微型电池的有力补充，同时其平面二维微型化、柔性化的结构与现代微电子工业很好的适配，因此这类新型储能器件被认为有着广阔的发展前景。

能量密度是衡量叉指电容器性能的主要因素，根据公式E＝1/2CV²，获得高能量密度的叉指电容器主要有两种途径：(一)选用高性能电极材料如过渡金属化合物，提升电容C，(二)正负极合理选用不同电极材料，构建非对称结构提升工作电压V。

叉指电容器的传统制备方法包括喷墨打印法、丝网印刷法等，通过将电极材料制成浆料喷涂或印刷在基底平面形成指状交叉的形状。但由于这类方法难以获得非对称结构，且浆料化在一定程度上会造成电极材料电容的损失，因此制备得到的叉指电容器能量密度一般不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法。通过将高性能过渡金属化合物用于叉指电容器的制备，并合理构建非对称结构以获得高能量密度。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种基于过渡金属化合物电极材料的叉指电容器制备方法，包括以下步骤：

(1)锰钴双氢氧化物纳米片基体的原位制备

按照摩尔比1∶1取六水合硝酸钴和四水合硝酸锰，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后作为电解液一；以导电Au/PET叉指基底中的一指作为工作电极，并以Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积处理；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到锰钴双氢氧化物纳米片基体；

(2)锰钴双氢氧化物-镍钴磷酸盐复合正极材料的原位制备

按照摩尔比1∶1∶1取六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和次磷酸钠，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后作为电解液二；以叉指基底中已负载锰钴双氢氧化物纳米片的一指作为工作电极，并以Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积处理；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到锰钴双氢氧化物-镍钴磷酸盐复合正极材料；

(3)氢氧化氧铁纳米片负极材料的原位制备

按照摩尔比1∶5取无水醋酸钠和硫酸亚铁铵，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后，再加入1mol/L的硫酸抑制Fe²⁺的水解；充分溶解后，加入过量还原铁粉，调节至pH＝5，以此混合溶液作为电解液三；以叉指基底中未生长正极材料的一指作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到氢氧化氧铁纳米片负极材料；

(4)叉指电容器的封装

导电Au/PET叉指基底的两指分别沉积了正极材料与负极材料，将其背面朝下用双面胶粘贴在PTFE薄膜中央；然后在叉指基底的正面均匀涂覆PVA-KOH凝胶，待干燥后用另一片PTFE薄膜覆盖完成封装，获得叉指电容器。