本发明专利技术涉及一种全固态柔性透明超级电容器及其制备和应用，超级电容器是以柔性透明薄膜为电极，电解质为固态凝胶电解质。柔性透明薄膜作为超级电容器的单电极，高分子聚合物为固态凝胶电解质，结合层层自组装，激光刻蚀或模板法等技术设计制备组装得到柔性透明超级电容器。本发明专利技术在制备工艺上具有快捷、易于操作、设备要求低、适于大面积、大规模制备等优点，在产品特征上具有透光性强、柔性、电化学性能好等优点，组装的全固态电容器可广泛应用于可穿戴电化学储能、电子显示等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电容器及其制备和应用领域，特别涉及一种全固态柔性透明超级电容器及其制备和应用。
技术介绍
随着清洁新能源(太阳能、风能、热能等)的发现和利用,人们需要一种能量储存设备存储并且转换这些宝贵能源。超级电容器具有较高的循环寿命及高充放电速率,同时拥有结构简单、性质稳定的特性,使之在大功率能源转换、便携电子器件、微电流供电设备上有了广泛的运用。2004年英国曼彻斯特大学AndreGeim等人发现了石墨烯，引起了广泛的关注与研究，同时极大地推动了二维材料的研究。二维材料是具有高纵横比的片状或者带状结构，其厚度仅为一个或几个原子层厚度。因此，该类材料具有较大的比表面积适用于制备具有高性能的薄膜电极。新型的透明的柔性超级电容器不仅在视觉上能满足电子信息时代对审美的要求，同时其较大的面积比电容能够提供足够的能量存储支撑性能，满足现代信息化、随身化能源供应要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种全固态柔性透明超级电容器及其制备和应用，本专利技术是制备出具有高性能的，视觉可透的柔性电化学储能器件；本专利技术利用片状二维材料的优良电化学储能特性，结合导电纤维作为网络骨架快速传输电子的优势于一体很好的解决了这一技术问题。其中片状二维材料在降低其纤维间接触电阻，同时纤维网络作为快速电荷运输系统提供快速和充分的充放电途径，制备出具有高效率的高透明的柔性全固态超级电容器，可广泛应用于可穿戴、便携式等电子设备的能源供应器件。本专利技术的一种全固态柔性透明超级电容器，所述超级电容器是以柔性透明薄膜为电极，电解质为固态凝胶电解质；其中柔性透明薄膜电极由高分子柔性透明基底和负载在基底表面的墨水组成；其中固态凝胶电解质为高分子导电聚合物凝胶。柔性透明薄膜电极中墨水的负载量为5-200mg/cm2，负载后薄膜的透光率为40-90％。所述高分子柔性透明基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底或聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底；墨水为氧化石墨烯及类石墨烯结构的二维材料的分散液和导电纤维溶液的混合液。类石墨烯结构的二维材料为氧化石墨烯、二硫化钼、二硫化钨、二氧化锰等中的一种或几种；导电纤维为银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)等中的一种或几种；墨水中片层结构的二维材料的浓度为1～50mg/mL，导电纤维的浓度为1～10mg/mL；墨水的溶剂为水或乙醇。所述高分子导电聚合物为的聚乙烯醇-硫酸PVA-H2SO4凝胶或聚乙烯醇-磷酸PVA-H3PO4凝胶；浓度为0.5-1mmol/mL。本专利技术的一种全固态柔性透明超级电容器的制备方法，包括：(1)将片层结构的二维材料进行预处理后，分散在溶剂中，得到片层结构二维材料的分散液，作为电极活性材料墨水，然后与导电纤维溶液混合，得到墨水；(2)将高分子柔性透明基底进行预处理，置于加热台上(加热温度低于柔性基底软化温度)，然后负载墨水，得到柔性透明薄膜；(3)将步骤(2)柔性透明薄膜作为超级电容器的单电极(同为阴极与阳极)，高分子聚合物为固态凝胶电解质，然后组装为柔性透明薄膜/固态凝胶电解质/柔性透明薄膜的具有三明治结构的全固态超级电容器；或将步骤(2)柔性透明薄膜为超级电容器的电极(同为阴极与阳极)，采用激光刻蚀技术或掩模板喷涂法，将柔性透明薄膜刻蚀或喷涂出交错分布的正极与负极(在同一平面)，高分子导电聚合物为固态电解质，组装获得具有平面指插式结构的全固态超级电容器。步骤(1)中预处理为进行插层剥离技术、活化中的一种或两种，使片层结构的二维材料更易分散于水或乙醇中；分散为：超声20～120min、细胞粉碎0～60min；其中分散在溶剂中后进行离心0～10次，离心速率为500rpm～10000rpm。步骤(1)活性材料分散液的吸光度为20～95％。所述步骤(2)中预处理为超声清洗后再烘干，再表面改性技术进行处理，其中表面改性技术进行处理为：等离子气体、臭氧等。步骤(2)预处理具体为：高分子柔性透明基底(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等)分别经过乙醇、超纯水的依次超声清洗，烘干温度为27℃(室温)～60℃，再利用等离子气体、臭氧等表面改性技术对基底表面进行预处理，时间为5～30min。所述步骤(2)中加热台的加热温度为30～65℃。所述步骤(2)中负载方法为喷涂或涂刷，负载墨水的体积为5～100mL。所得全固态柔性透明超级电容器的结构为传统的三明治结构和平面指插式结构。本专利技术的一种全固态柔性透明超级电容器的应用，应用于可穿戴电化学储能、电子显示。本专利技术的电容器为传统的三明治与新型指插式两种结构，以二维材料为电极的活性材料，导电纤维为电极活性材料的骨架，高分子柔性透明薄膜为基底，采用喷涂或刷涂法制备透明电极薄膜，高分子凝胶为电容器的固态电解质，结合层层自组装，激光刻蚀或模板法等技术设计制备组装得到柔性透明超级电容器。二维材料是具有高纵横比的片状或者带状结构，其厚度仅为一个或几个原子层厚度。因此，该类材料具有较大的比表面积适用于制备具有高性能的薄膜电极。导电纤维作为骨架结构在柔性透明电极中提供了高效的电子传输途径与降低二维材料间堆叠程度从而降低吸光度。结合喷涂、刷涂等制膜技术，快速有效的制备出具有高透光率柔性的高性能全固态能量存储器件，可广泛应用于多种能量转换与应用领域。有益效果(1)本专利技术在制备工艺上具有快捷、易于操作、设备要求低、适于大面积、大规模制备等优势；(2)本专利技术所制备的透明的二维材料基透明柔性电极，在产品特征上具有透光性强、柔性、电化学性能好等优点；(3)本专利技术所制备的基于透明柔性电极的全固态超级电容器，具有高面积比电容，高光透过率，可弯曲随身携带的优点，能广泛应用于便携式、可穿戴电子器件等领域。附图说明图1为实施例1所用二硫化钼水分散液的数码照片图；图2为实施例4所用氧化石墨烯水分散液的数码照片图；图3为实施例1所制备的柔性透明薄膜电极的数码照片；图4为实施例1所制备的柔性透明薄膜电极扫描电镜照片；图5为实施例4所制备的柔性透明薄膜电极的数码照片；图6为实施例4所制备的柔性透明薄膜电极扫描电镜照片；图7为实施例2所制备的以柔性透明薄膜电极为单电极组装的指插式全固态柔性器件的数码照片；图8为实施例1所制备的全固态柔性透明三明治结构超级电容器的结构示意图；图9为实施例4所制备的全固态柔性透明指插式结构超级电容器的结构示意图；图10为实施例1-4所制备的柔性透明电极的紫外-可见吸收光谱曲线；图11为实施例1所制备的三明治结构的全固态柔性透明超级电容器的循环伏安曲线；图12为实施例2所制备的指插式结构的全固态指插式柔性透明超级电容器的循环伏安曲线；图13为实施例3所制备的三明治结构的全固态柔性透明超级电容器的循环伏安曲线；图14为实施例4所制备的指插式结构的全固态指插式柔性透明超级电容器的循环伏安曲线。具体实施方式下面结合具体实施例，以氧化石墨烯与二硫化钼为例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1利用锂离子插层法获得少层的二硫化钼纳米片粉体，称取50mg二硫本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种全固态柔性透明超级电容器，其特征在于：所述超级电容器是以柔性透明薄膜为电极，电解质为固态凝胶电解质；其中柔性透明薄膜电极由高分子柔性透明基底和负载在基底表面的墨水组成；其中固态凝胶电解质为高分子导电聚合物凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种全固态柔性透明超级电容器，其特征在于：所述超级电容器是以柔性透明薄膜为电极，电解质为固态凝胶电解质；其中柔性透明薄膜电极由高分子柔性透明基底和负载在基底表面的墨水组成；其中固态凝胶电解质为高分子导电聚合物凝胶。2.根据权利要求1所述的一种全固态柔性透明超级电容器，其特征在于：柔性透明薄膜电极中墨水的负载量为5-200mg/cm2，负载后薄膜透光率为40-90％。3.根据权利要求1所述的一种全固态柔性透明超级电容器，其特征在于：所述高分子柔性透明基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET基底或聚二甲基硅氧烷PDMS基底；墨水为片层结构二维材料的分散液和导电纤维溶液的混合液。4.根据权利要求3所述的一种全固态柔性透明超级电容器，其特征在于：片层结构的二维材料为氧化石墨烯、二硫化钼、二硫化钨、二氧化锰中的一种或几种；导电纤维为银纳米线(AgNWs)、碳纳米管(CNTs)等中的一种或几种；墨水中片层结构的二维材料的浓度为1～50mg/mL，导电纤维的浓度为1～10mg/mL；墨水的溶剂为水和/或乙醇。5.根据权利要求1所述的一种全固态柔性透明超级电容器，其特征在于：所述高分子导电聚合物为聚乙烯醇-硫酸PVA-H2SO4凝胶或聚乙烯醇-磷酸PVA-H3PO4凝胶。6.一种如权利要求1-5任一所述的全固态柔性透明超级电容器的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：李耀刚，李佳慧，王宏志，张青红，侯成义，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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