一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器，包括：Ni(OH)2正极电极，所述Ni(OH)2正极电极包括第一柔性衬底以及复合于所述第一柔性衬底的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；复合于所述复合于所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的第一石墨烯层；复合于所述第一石墨烯层的电解质层；复合于所述电解质层的第二石墨烯层；复合于所述第二石墨烯层的FeOOH负极电极，所述FeOOH负极电极包括复合于所述第二石墨烯层的FeOOH纳米线阵列透明薄膜以及复合于所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜的第二柔性衬底；涂覆于所述Ni(OH)2正极电极与FeOOH负极电极边缘的银浆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超级电容器
，具体涉及一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器及其制备方法。
技术介绍
柔性储能系统是新一代柔性电子器件驱动力的关键。随着自供电式透明液晶显示器和智能可穿戴式或可植入设备的发展，透明电子学以其独特的魅力吸引了人们的注意。透明柔性全固态超级电容器的出现可以满足一些电子设备对特殊的功能的需求，特别是能源供应系统在实际应用中的安全性和审美要求。然而，目前透明超级电容器的能量密度和功率密度往往受到限制，一方面电极透明度受活性物质载量的制约，另一方面，目前常用的碳材料理论容量较低。超级电容器的能量密度是由其容量和工作电压决定的。具有宽工作电压窗口的赝电容储能材料是提高超级电容器能量密度和功率密度的关键。目前，用高理论容量的赝电容材料制备高效透明电极极具挑战性，因为这些电极的成功制备需要同时满足已下三个因素：(1)材料应比较容易地生长在透明衬底上(如ITO和PET)，或者可以独立地生长在衬底上实现透明；(2)活性物质必须具备高效的表面微结构、大面积和良好的导电性，以提高其容量；(3)正、负电极的电势窗口可以最大化，相互补充，从而提高可操作电压。而目前市场上的超级电容器的电极很难满足上述条件，得到的超级电容器能量密度低和循环性能较差，限制了超级电容器的进一步发展。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器及其制备方法，本专利技术提供的基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器具有较高的能量密度以及良好的循环性能。本专利技术提供了一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器，包括：Ni(OH)2正极电极，所述Ni(OH)2正极电极包括第一柔性衬底以及复合于所述第一柔性衬底的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；复合于所述复合于所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的第一石墨烯层；复合于所述第一石墨烯层的电解质层；复合于所述电解质层的第二石墨烯层；复合于所述第二石墨烯层的FeOOH负极电极，所述FeOOH负极电极包括复合于所述第二石墨烯层的FeOOH纳米线阵列透明薄膜以及复合于所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜的第二柔性衬底；涂覆于所述Ni(OH)2正极电极与FeOOH负极电极边缘的银浆。优选的，所述柔性衬底选自ITO衬底。本专利技术还提供了一种上述基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器的制备方法，包括以下步骤：A)制备Ni(OH)2正极电极：在密闭条件下，将镍源化合物与氨水混合搅拌，得到混合溶液；将所述混合溶液进行加热反应，得到Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；将所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜转移至第一柔性衬底上，得到Ni(OH)2正极电极；B)制备FeOOH负极电极：在密闭条件下，氨气与铁源化合物的水溶液在气液交界面进行反应，得到FeOOH纳米线阵列透明薄膜；将所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜转移至第二柔性衬底上，得到FeOOH负极电极；C)将第一石墨烯层复合于所述Ni(OH)2正极电极的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜侧，得到第一复合薄膜；将第二石墨烯层复合于所述FeOOH负极电极的FeOOH纳米线阵列透明薄膜侧，得到第二复合薄膜；D)将银浆分别涂覆于所述第一复合薄膜和第二复合薄膜的边缘后，通过电解液将所述第一复合薄膜和第二复合薄膜复合，得到基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器；步骤A)与步骤B)没有顺序限制。优选的，所述镍源化合物选自六水合硝酸镍，所述铁源化合物选自硫酸铁。优选的，所述镍源化合物与氨水的质量体积比为(16～20)g：(17～20)ml。优选的，步骤A)中，所述氨水的浓度为25wt％。优选的，所述加热反应的温度为60～65℃。优选的，步骤B)具体为：在密闭条件下，氨水挥发出的氨气与铁源化合物的水溶液在气液交界面进行反应，得到FeOOH纳米线阵列透明薄膜；所述反应的温度为20～30℃，所述反应的时间为48～72h；将所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜转移至第二柔性衬底上，得到FeOOH负极电极。优选的，所述第一石墨烯层或第二石墨烯层按照如下方法进行制备：将石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中，得到石墨烯的分散液；将所述石墨烯的分散液置于盛有水的容器的底部后，再在水的表面滴加乙酸乙酯，经过一段时间后，得到石墨烯薄膜。优选的，所述电解液按照如下方法进行制备：将聚乙烯醇的水溶液与KOH水溶液混合，得到混合溶液；向所述混合溶液中加入聚丙烯酸钠，混合搅拌，得到电解液。与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器，包括：Ni(OH)2正极电极，所述Ni(OH)2正极电极包括第一柔性衬底以及复合于所述第一柔性衬底的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；复合于所述复合于所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的第一石墨烯层；复合于所述第一石墨烯层的电解质层；复合于所述电解质层的第二石墨烯层；复合于所述第二石墨烯层的FeOOH负极电极，所述FeOOH负极电极包括复合于所述第二石墨烯层的FeOOH纳米线阵列透明薄膜以及复合于所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜的第二柔性衬底；涂覆于所述Ni(OH)2正极电极与FeOOH负极电极边缘的银浆。本专利技术提供的超级电容器为非对称的超级电容器，由Ni(OH)2@rGO和FeOOH@rGO分别作为正负电极组装而成。其中，Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜以及FeOOH纳米线阵列透明薄膜中非晶态结构的高度不规则，有利于体积的膨胀和收缩，促进离子的渗透和扩散。同时结合石墨烯具有独特的物理化学性质，可以作为FeOOH纳米线以及Ni(OH)2纳米片的三维包覆层，从而建立三维传递离子/电子的途径，提高超级电容器的能量密度以及循环性能。结果表明，本专利技术提供的超级电容器的能量密度高达0.67mWh cm-3，(其工作电压是1.8V)，10000次充放电后的容量保持率为84.6％。附图说明图1为本专利技术提供的本专利技术提供的基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器的横截面的结构示意图；图2为本专利技术提供的基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器的制备流程图；图3为Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的SEM图；图4为Ni(OH)2正极电极的光学照片；图5为低倍下FeOOH纳米线阵列透明薄膜的SEM图；图6为FeOOH负极电极的光学照片；图7为低倍下石墨烯包覆Ni(OH)2正极电极的SEM图；图8为高倍下石墨烯包覆FeOOH负极电极的SEM图；图9为弯曲状态下的全固态柔性透明超级电容器件光学照片；图10为纯ITO/PET衬底、Ni(OH)2电极、FeOOH电极和超级电容器光透过率曲线；图11为三电极测试下的FeOOH透明柔性电极的电化学特性；图12为本专利技术提供的全固态超级电容器的光学照片；图13为两个串联的全固态柔性透明超级电容器点亮LED灯的照片；图14为本专利技术提供的全固态柔性透明超级电容器的电化学性能测试结果。具体实施方式本专利技术提供了一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器，包括：Ni(OH)2正极电极，所述Ni(OH)2正极电极包括第一柔性衬底以及复合于所述第一柔性衬底的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；复合于所述复合于所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的第一石墨烯层；复合于所述第一石墨烯层的电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器，其特征在于，包括：Ni(OH)2正极电极，所述Ni(OH)2正极电极包括第一柔性衬底以及复合于所述第一柔性衬底的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；复合于所述复合于所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的第一石墨烯层；复合于所述第一石墨烯层的电解质层；复合于所述电解质层的第二石墨烯层；复合于所述第二石墨烯层的FeOOH负极电极，所述FeOOH负极电极包括复合于所述第二石墨烯层的FeOOH纳米线阵列透明薄膜以及复合于所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜的第二柔性衬底；涂覆于所述Ni(OH)2正极电极与FeOOH负极电极边缘的银浆。

【技术特征摘要】
1.一种基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器，其特征在于，包括：Ni(OH)2正极电极，所述Ni(OH)2正极电极包括第一柔性衬底以及复合于所述第一柔性衬底的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；复合于所述复合于所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜的第一石墨烯层；复合于所述第一石墨烯层的电解质层；复合于所述电解质层的第二石墨烯层；复合于所述第二石墨烯层的FeOOH负极电极，所述FeOOH负极电极包括复合于所述第二石墨烯层的FeOOH纳米线阵列透明薄膜以及复合于所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜的第二柔性衬底；涂覆于所述Ni(OH)2正极电极与FeOOH负极电极边缘的银浆。2.根据权利要求1所述的柔性透明全固态超级电容器，其特征在于，所述柔性衬底选自ITO衬底。3.一种如权利要求1或2所述的基于赝电容材料的柔性透明全固态超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)制备Ni(OH)2正极电极：在密闭条件下，将镍源化合物与氨水混合搅拌，得到混合溶液；将所述混合溶液进行加热反应，得到Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜；将所述Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜转移至第一柔性衬底上，得到Ni(OH)2正极电极；B)制备FeOOH负极电极：在密闭条件下，氨气与铁源化合物的水溶液在气液交界面进行反应，得到FeOOH纳米线阵列透明薄膜；将所述FeOOH纳米线阵列透明薄膜转移至第二柔性衬底上，得到FeOOH负极电极；C)将第一石墨烯层复合于所述Ni(OH)2正极电极的Ni(OH)2纳米片阵列透明薄膜侧，得到第一复合薄膜；将第二石墨烯层复合于所述FeOOH负极电极的F...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄煊恺，李瑞坚，李娜，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44