一种耐水洗全固态微型超级电容器及其制备方法技术

针对现有技术中的全固态微型超级电容器的耐水洗性能较差的问题，本发明专利技术提供一种耐水洗全固态微型超级电容器及其制备方法，包括以下步骤：S1.得到氧化石墨烯‑戊二醛的混合水溶液；S2.通过浸涂法得到两侧均带有氧化石墨烯层的聚对苯二甲酸乙二醇酯织物，作为刻蚀的基体；S3.基体的一侧进行二氧化碳激光刻蚀，得到石墨烯微电极；S4.在石墨烯微电极上覆盖增强导电层；S5.将S4步骤中的增强导电层上设置固体聚合物凝胶电解质层；S6.将S5步骤得到的固体聚合物凝胶电解质层的区域表面戊二醛层，得到耐水洗全固态微型超级电容器。本发明专利技术具有优异的柔韧性、更高的比容量以及良好的耐水洗性。

A water washable all solid state micro supercapacitor and its preparation method

For all solid state micro super capacitor in the prior washing the problem of poor performance, the present invention provides a washing all solid state micro super capacitor and its preparation method, which comprises the following steps: S1. mixed aqueous solution of graphene oxide glutaraldehyde; S2. through dip coating method on both sides with oxidation the graphene layer of polyethylene terephthalate fabric as an etching substrate; one side of S3. matrix carbon dioxide laser etching, graphene electrode; S4. Shi Moxi microelectrode coverage enhancing conductive layer on the conductive layer; S5. will enhance the use of solid polymer gel electrolyte layer S4 steps; S6. area surface layer of glutaraldehyde solid polymer gel electrolyte layer S5 steps are obtained, washing all solid state micro super capacitor. The present invention has excellent flexibility, higher specific capacity and good water washable property.

【技术实现步骤摘要】
一种耐水洗全固态微型超级电容器及其制备方法
本专利技术涉及全固态微型超级电容器领域，尤其涉及一种耐水洗全固态微型超级电容器及其制备方法。
技术介绍
微型超级电容器是一种新开发的小型化能量存储设备，由于其独特的构造、携带方便、柔性好、功率密度高等特点而受到极大的关注。用于构建微型超级电容器的材料有：纳米结构碳基材料，过渡金属氧化物或硫化物以及导电聚合物。由于石墨烯优异的导电性和极高的比表面积，可以用于构建平面微型超级电容器。构建在柔性基底上的基于石墨烯的微型超级电容器重量小且具有极好的柔性。使用全固态电解质构建的微型超级电容器大大克服了液体电解质的泄漏问题。然而广泛使用的固态电解质是质子传导聚合物凝胶，如聚乙烯醇-硫酸和聚乙烯醇-磷酸，都属于水性体系，导致所制备的微型超级电容器的耐水洗性差。
技术实现思路
针对现有技术中的全固态微型超级电容器的耐水洗性能较差的问题，本专利技术提供一种耐水洗全固态微型超级电容器及其制备方法，其结构简单，制备环节少，具有良好的应用性。本专利技术解决问题所采用的技术方案是：一种耐水洗全固态微型超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液在室温以1100rpm～1300rpm的条件进行磁力搅拌，持续70～74小时，得到氧化石墨烯-戊二醛的混合水溶液；S2.通过浸涂法将S1步骤得到的氧化石墨烯-戊二醛的混合水溶液浸涂到聚对苯二甲酸乙二醇酯织物的表面，进行初步交联，得到两侧均带有氧化石墨烯层的聚对苯二甲酸乙二醇酯织物，作为刻蚀的基体；S3.在S2步骤得到的基体的一侧对氧化石墨烯层进行二氧化碳激光刻蚀，得到预设形状的石墨烯微电极；S4.在S3步骤得到的石墨烯微电极上覆盖与石墨烯微电极同样形状的且带有延长导线的增强导电层；S5.将S4步骤中的增强导电层上设置有通过滴涂法设置的用于将增强导电层粘合在石墨烯微电极上的固体聚合物凝胶电解质层，该固体聚合物凝胶电解质层需在常温固化10～14小时；所述的固体聚合物凝胶电解质层滴涂的区域包括增强导电层在S2步骤所述基体范围内的区域以及增强导电层的正负极之间的区域；S6.将S5步骤得到的固体聚合物凝胶电解质层的区域表面利用滴涂法设置浓度为25％戊二醛水溶液的戊二醛层，使S2步骤中已经初步交联的氧化石墨烯层和固体聚合物凝胶电解质层与戊二醛层再次交联，得到耐水洗全固态微型超级电容器。进一步的，所述的S1步骤中的氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液的成分是：重量比为0.4％～0.6％的固态氧化石墨烯、0.3％～0.5％的浓度为25％的戊二醛、其余为水。进一步的，所述的S5步骤使用的固体聚合物凝胶电解质层是聚乙烯醇-硫酸凝胶，其中该聚乙烯醇-硫酸凝胶的组成成分是：重量比为9％～11％的固态聚乙烯醇，其余为1.0M硫酸水溶液。优选的，所述的S2步骤中的氧化石墨烯-戊二醛混合溶液在聚对苯二甲酸乙二醇酯织物循环浸涂30次。一种耐水洗全固态微型超级电容器，其技术方案在于：包括聚对苯二甲酸乙二醇酯织物、通过交联剂交联在聚对苯二甲酸乙二醇酯织物上的氧化石墨烯层、设置于一侧氧化石墨烯层上的通过刻蚀得到的石墨烯微电极、匹配设置于石墨烯微电极上且与石墨烯微电极具有同样形状的增强导电层、设置于增强导电层上用于固定增强导电层与石墨烯微电极的固体聚合物凝胶电解质层以及交联设置在固体聚合物凝胶电解质层外侧的用于再次交联的戊二醛层；其中，所述的增强导电层设置有对应石墨烯微电极正负极的用于连接其他电子元件的延长导线；所述的固体聚合物凝胶电解质层包括石墨烯微电极的正负极之间的区域。优选的，所述的增强导电层为表面镀有金膜的导电聚乙烯膜。进一步的，所述的石墨烯微电极包括正极和负极，其中正极为圆形，负极设置为与正极同心的不完整圆环；该正极和负极均设置有连接线。优选的，所述的戊二醛层与固体聚合物凝胶电解质层的形状一致。本专利技术的有益效果是：本专利技术使用戊二醛水溶液作为交联剂将氧化石墨烯和聚乙烯醇-硫酸组成的固体聚合物凝胶电解质化学结合在柔性织物聚对苯二甲酸乙二醇酯的表面上，再利用S2步骤初步交联后的氧化石墨烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯织物以及聚乙烯醇中的羟基与S6步骤的戊二醛中的羰基再次发生交联反应，其在物体的表面形成网状结构，形成具有耐水洗的特性的耐水洗层。相对于传统的超级电容器，本专利技术具有优异的柔韧性、更高的比容量以及良好的耐水洗性；所使用的二氧化碳激光刻蚀方法具有简单、成本低和可扩展等优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为刻蚀后的基体示意图。图3为与图2中的刻蚀后的基体配合使用的增强导电层示意图。图4为S3步骤示意图。图5为S4步骤示意图。图6为S6步骤示意图。图7为向外弯曲实验示意图。图8为向内弯曲实验示意图。其中，1.聚对苯二甲酸乙二醇酯织物；2.氧化石墨烯层；3.石墨烯微电极；4.增强导电层；5.固体聚合物凝胶电解质层；6.戊二醛层；7.激光头；301.正极；302.负极；303.连接线；401.延长导线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步的说明。如图4～6所示，一种耐水洗全固态微型超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液在室温以1100rpm～1300rpm的条件进行磁力搅拌，持续70～74小时，得到氧化石墨烯-戊二醛的混合水溶液；S2.通过浸涂法将S1步骤得到的氧化石墨烯-戊二醛的混合水溶液浸涂到聚对苯二甲酸乙二醇酯织物1的表面，进行初步交联，得到两侧均带有氧化石墨烯层2的聚对苯二甲酸乙二醇酯织物1，作为刻蚀的基体；S3.在S2步骤得到的基体的一侧对氧化石墨烯层2进行二氧化碳激光刻蚀，得到预设形状的石墨烯微电极3；S4.在S3步骤得到的石墨烯微电极3上覆盖与石墨烯微电极3同样形状的且带有延长导线401的增强导电层4；S5.将S4步骤中的增强导电层4上设置有通过滴涂法设置的用于将增强导电层4粘合在石墨烯微电极3上的固体聚合物凝胶电解质层5，该固体聚合物凝胶电解质层5需在常温固化10～14小时；所述的固体聚合物凝胶电解质层5滴涂的区域包括增强导电层4在S2步骤所述基体范围内的区域以及增强导电层4的正负极之间的区域；S6.将S5步骤得到的固体聚合物凝胶电解质层5的区域表面利用滴涂法设置浓度为25％戊二醛水溶液的戊二醛层6，使S2步骤中已经初步交联的氧化石墨烯层2和固体聚合物凝胶电解质层5与戊二醛层6再次交联，得到耐水洗全固态微型超级电容器。需要明确的是：如上式交联反应公式，S2步骤初步交联后的氧化石墨烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯织物以及聚乙烯醇PVA中的羟基-OH与戊二醛中的羰基-C＝O再次发生交联反应，其在物体的表面形成网状结构，具有耐水洗的特性。优选的，氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液在室温以1200rpm的条件进行磁力搅拌，持续72小时；优选的，S5步骤中的常务固化时间为12小时。进一步的，所述的S1步骤中的氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液的成分是：重量比为0.4％～0.6％的固态氧化石墨烯、0.3％～0.5％的浓度为25％的戊二醛、其余为水。优选的，所述的S1步骤中的氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液的成分是：重量比为0.5％的固态氧化石墨烯、0.4％的浓度为25％的戊二醛、其余为水。进一步的，所述的S5步骤使用的固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐水洗全固态微型超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1. 将氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液在室温以1100rpm~1300 rpm的条件进行磁力搅拌，持续70~74小时，得到氧化石墨烯‑戊二醛的混合水溶液；S2.通过浸涂法将S1步骤得到的氧化石墨烯‑戊二醛的混合水溶液浸涂到聚对苯二甲酸乙二醇酯织物（1）的表面，进行初步交联，得到两侧均带有氧化石墨烯层（2）的聚对苯二甲酸乙二醇酯织物（1），作为刻蚀的基体；S3.在S2步骤得到的基体的一侧对氧化石墨烯层（2）进行二氧化碳激光刻蚀，得到预设形状的石墨烯微电极（3）；S4.在S3步骤得到的石墨烯微电极（3）上覆盖与石墨烯微电极（3）同样形状的且带有延长导线（401）的增强导电层（4）；S5.将S4步骤中的增强导电层（4）上设置有通过滴涂法设置的用于将增强导电层（4）粘合在石墨烯微电极（3）上的固体聚合物凝胶电解质层（5），该固体聚合物凝胶电解质层（5）需在常温固化10~14小时；所述的固体聚合物凝胶电解质层（5）滴涂的区域包括增强导电层（4）在S2步骤所述基体范围内的区域以及增强导电层（4）的正负极之间的区域；S6. 将S5步骤得到的固体聚合物凝胶电解质层（5）的区域表面利用滴涂法设置浓度为25%戊二醛水溶液的戊二醛层（6），使S2步骤中已经初步交联的氧化石墨烯层（2）和固体聚合物凝胶电解质层（5）与戊二醛层（6）再次交联，得到耐水洗全固态微型超级电容器。...

【技术特征摘要】
1.一种耐水洗全固态微型超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.将氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液在室温以1100rpm~1300rpm的条件进行磁力搅拌，持续70~74小时，得到氧化石墨烯-戊二醛的混合水溶液；S2.通过浸涂法将S1步骤得到的氧化石墨烯-戊二醛的混合水溶液浸涂到聚对苯二甲酸乙二醇酯织物（1）的表面，进行初步交联，得到两侧均带有氧化石墨烯层（2）的聚对苯二甲酸乙二醇酯织物（1），作为刻蚀的基体；S3.在S2步骤得到的基体的一侧对氧化石墨烯层（2）进行二氧化碳激光刻蚀，得到预设形状的石墨烯微电极（3）；S4.在S3步骤得到的石墨烯微电极（3）上覆盖与石墨烯微电极（3）同样形状的且带有延长导线（401）的增强导电层（4）；S5.将S4步骤中的增强导电层（4）上设置有通过滴涂法设置的用于将增强导电层（4）粘合在石墨烯微电极（3）上的固体聚合物凝胶电解质层（5），该固体聚合物凝胶电解质层（5）需在常温固化10~14小时；所述的固体聚合物凝胶电解质层（5）滴涂的区域包括增强导电层（4）在S2步骤所述基体范围内的区域以及增强导电层（4）的正负极之间的区域；S6.将S5步骤得到的固体聚合物凝胶电解质层（5）的区域表面利用滴涂法设置浓度为25%戊二醛水溶液的戊二醛层（6），使S2步骤中已经初步交联的氧化石墨烯层（2）和固体聚合物凝胶电解质层（5）与戊二醛层（6）再次交联，得到耐水洗全固态微型超级电容器。2.根据权利要求1所述的一种耐水洗全固态微型超级电容器的制备方法，其特征在于：所述的S1步骤中的氧化石墨烯和戊二醛的混合溶液的成分是：重量比为0.4%~0.6%的固态氧化石墨烯、0.3%~0.5%的浓度为25%的戊二醛、其余为水。3.根据权利要求1所述的一种耐水洗全固态微型超级电容器的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂霞，杨红兵，杨卓，张永花，郭文博，
申请(专利权)人：洛阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41