一种基于Ag/PPy/MnO2的可拉伸非对称超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器的制备方法，制备的Ag/PPy/MnO2复合纳米材料具有优异的电容性能、良好的柔性、稳定性高、低成本和良好的适印性等一系列优点，选择超柔性的可拉伸织物基材，运用丝网印刷的方式将银浆、合成的Ag/PPy/MnO2复合纳米材料、活性炭以及PVA‑Na2SO4固态电解质印刷成柔性固态非对称超级电容器。本发明专利技术的制造的非对称超级电容器的能量密度可达30.9μWh cm

【技术实现步骤摘要】
一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器及其制备方法
本专利技术涉及一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器及其制备方法。
技术介绍
超级电容器(Supercapacitor)是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，因此超级电容器的用途广泛。由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重(尤其是在大、中城市)，空气中固体微粒增多，对人体造成很大的影响，人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。超级电容器(Supercapacitor)以其优异的特性扬长避短，可以部分或全部替代传统的化学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。正因为如此，世界各国(特别是西方发达国家)都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发，然而如何大规模低成本地制备出电容性能好且具有稳定循环性能的超级电容器却成为限制超级电容器发展的主要原因。便携可穿戴电子领域的快速发展加速了对超柔性、可拉伸的高性能超级电容器的需求。当前，现有的可拉伸电容器面临着能量密度低、可拉伸性能不足以及制造工艺复杂，限制了其实际应用。因此，怎样提高现有的超级电容器的能量密度同时简化其制造工艺是目前的关键任务。
技术实现思路
研究发现，活性材料的导电性对超级电容器电容性能有着直接的联系，聚吡咯与二氧化锰作为两种廉价高理论比电容的活性材料被广泛研究，然而其应用于超级电容器被本身不高的导电性所限制，且二氧化锰的低柔性在引入高柔性的银、聚吡咯之后得到了很大的改善，因此将银、聚吡咯与二氧化锰进行复合是一种获得高电容性能高柔性活性材料的可行方案。同时，超级电容器的电压窗口很大程度上影响着其能量密度，非对称超级电容器的制备是目前该领域的研究热点，因此将制备的Ag/PPy/MnO2复合纳米材料和活性炭分别作为阴极电极材料与阳极电极材料可以很大的提高超级电容器的电压窗口，是一种获得高能量密度超级电容器的可行方案。纳米科技的发展为Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的制备提供了便利的技术条件，目前研究者采用丝网印刷的方式制备出了电容性能好、循环稳定性强和机械性能优异的柔性可拉伸非对称超级电容器，并应用于柔性储能领域。印刷电子(PrintedElectronics)技术被作为一种可实现大面积和柔性器件制造的重要技术已引起研究人员广泛的关注，这种方法是基于印刷原理的制造技术，主要是将一些分散性好的或水溶性的无机或有机材料进行印刷图案化处理而最终实现高度有序结构的制造。本专利技术的目的是为了提供基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料印制可拉伸非对称超级电容器的制备方法，以便制备价格低廉性能优异的柔性可拉伸非对称超级电容器，实现对传统价格高昂的储能器件的取代和补充，并且具有反应步骤简单，反应时间短，操作简便等优点，可用于工业化批量制备和生产，并可将其应用于柔性储能领域。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤：1)Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的合成，具体方法为：按质量比为5:20:2依次加入硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮和醋酸盐到一定量水中，搅拌得到混合溶液，随后，将该混合溶液室温搅拌30-40min，通过蠕动泵加入质量比为1:2的吡咯单体和三氯化铁，继续反应2-3h，将得到的产物清洗3次以上之后加入到一定量一定浓度的高锰酸钾溶液中，120℃条件下反应2-3h；2)Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的清洗及Ag/PPy/MnO2颗粒的制备，具体方法为：通过乙醇将步骤1)所获得Ag/PPy/MnO2复合纳米材料通过在离心10分钟清洗3次以上，然后将其分散到无水乙醇中，并使其质量分数到达60％，通过烘箱在60℃的条件下干燥6-8h；3)制备Ag/PPy/MnO2油墨、活性炭油墨，具体方法为：按照质量比为8:1:1将Ag/PPy/MnO2颗粒、导电炭黑和环氧树脂加到一定量的水中配置适合丝网印刷的粘度为0.2Pa·s的Ag/PPy/MnO2油墨，按照质量比为6:1:1将活性炭颗粒、导电炭黑和环氧树脂加到一定量的水中配置适合丝网印刷的粘度为0.2Pa·s的活性炭油墨；4)非对称超级电容器的制备，具体方法为：通过300-400目的丝网板将银浆、步骤3)制备的Ag/PPy/MnO2油墨、活性炭油墨以及PVA-Na2SO4固态电解质依次叠加印刷在承印物上，形成各种超级电容器图案，然后干燥即得。进一步的，步骤1)所述高锰酸钾溶液的摩尔浓度为0.6mmol/L。进一步的，步骤4)所述承印物为柔性织物，且干燥温度不超过80℃。本专利技术还提供一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器，由权利要求1至3任意权利要求所述方法制备得到。进一步的，该非对称超级电容器的能量密度为30.9μWhcm-2，5000次恒流充放电后拥有90.8％的电容保持率，40％的拉伸后拥有89.2％的电容保持率。与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术方法制备的Ag/PPy/MnO2复合纳米材料具有优异的电容性能、良好的柔性、稳定性高、低成本和良好的适印性等一系列优点，有利于超级电容器柔性、稳定性以及电学性能的提升，大大提高了超级电容器的实用性。2、本专利技术方法无需产物纯化、快速、直观，是一种操作简单、快速、高产率的新型合成方法。通过控制丝网印刷的承印物，可在超柔性织物上制备柔性可拉伸非对称超级电容器。3、本专利技术将制备的Ag/PPy/MnO2复合纳米材料和活性炭分别作为阴极电极材料与阳极电极材料，可以很大的提高超级电容器的电压窗口，从而很大程度上提高了超级电容器的能量密度。3、制备的非对称超级电容器的能量密度可达30.9μWhcm-2，5000次恒流充放电后拥有90.8％的电容保持率，40％的拉伸后拥有89.2％的电容保持率。同时，本专利技术制造的非对称超级电容器在不同的柔性条件下(拉伸，扭曲，卷曲，弯曲)保持着很好的柔性以及机械性能，且在上述条件下点亮红色的2.8V的LED灯。具体实施方式实施例1：具体制备过程如下：1)0.05g硝酸银，0.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.02g醋酸盐，按次序加入到20mL水中并搅拌。随后，将该混合溶液室温搅拌30min，通过蠕动泵以600μL/min速度分别加入0.25mL的吡咯单体和10mL的0.3mol/L的三氯化铁水溶液，继续反应2h。将得到的产物清洗3次以上之后加入到20mL的0.6mmol/L的高锰酸钾溶液中，120℃条件下反应2h。2)将所合成的Ag/PPy/MnO2复合纳米材料进行清洗及Ag/PPy/MnO2颗粒的制备，具体方法为：通过乙醇将所获得的产品通过在10000转离心10分钟清洗3次以上，然后将其分散到无水乙醇中，并使其质量分数到达60％，通过烘箱在60℃的条件下干燥6h。3)制备Ag/PPy/MnO2油墨、活性炭油墨，具体方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的合成，具体方法为：按质量比为5:20:2依次加入硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮和醋酸盐到一定量水中，搅拌得到混合溶液，随后，将该混合溶液室温搅拌30‑40min，通过蠕动泵加入质量比为1:2的吡咯单体和三氯化铁，继续反应2‑3h，将得到的产物清洗3次以上之后加入到一定量一定浓度的高锰酸钾溶液中，120℃条件下反应2‑3h；2)Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的清洗及Ag/PPy/MnO2颗粒的制备，具体方法为：通过乙醇将步骤1)所获得Ag/PPy/MnO2复合纳米材料通过在离心10分钟清洗3次以上，然后将其分散到无水乙醇中，并使其质量分数到达60％，通过烘箱在60℃的条件下干燥6‑8h；3)制备Ag/PPy/MnO2油墨、活性炭油墨，具体方法为：按照质量比为8:1:1将Ag/PPy/MnO2颗粒、导电炭黑和环氧树脂加到一定量的水中配置适合丝网印刷的粘度为0.2Pa·s的Ag/PPy/MnO2油墨，按照质量比为6:1:1将活性炭颗粒、导电炭黑和环氧树脂加到一定量的水中配置适合丝网印刷的粘度为0.2Pa·s的活性炭油墨；4)非对称超级电容器的制备，具体方法为：通过300‑400目的丝网板将银浆、步骤3)制备的Ag/PPy/MnO2油墨、活性炭油墨以及PVA‑Na2SO4固态电解质依次叠加印刷在承印物上，形成各种超级电容器图案，然后干燥即得。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的合成，具体方法为：按质量比为5:20:2依次加入硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮和醋酸盐到一定量水中，搅拌得到混合溶液，随后，将该混合溶液室温搅拌30-40min，通过蠕动泵加入质量比为1:2的吡咯单体和三氯化铁，继续反应2-3h，将得到的产物清洗3次以上之后加入到一定量一定浓度的高锰酸钾溶液中，120℃条件下反应2-3h；2)Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的清洗及Ag/PPy/MnO2颗粒的制备，具体方法为：通过乙醇将步骤1)所获得Ag/PPy/MnO2复合纳米材料通过在离心10分钟清洗3次以上，然后将其分散到无水乙醇中，并使其质量分数到达60％，通过烘箱在60℃的条件下干燥6-8h；3)制备Ag/PPy/MnO2油墨、活性炭油墨，具体方法为：按照质量比为8:1:1将Ag/PPy/MnO2颗粒、导电炭黑和环氧树脂加到一定量的水中配置适合丝网印刷的粘度为0.2Pa·s的Ag/PPy/MnO2油墨，按照质量比为6:1:1将活性炭颗粒、导电炭黑和环氧树...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，刘力，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42