一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法，所述的超级电容器采用柔性透明导电薄膜为电极，离子凝胶为电解质，其中导电薄膜为柔性基底/金属纳米线/导电聚合物；其中柔性基底为PET，金属纳米线为超长的AgNWs，导电聚合物为PEDOT:PSS。通过在PET上旋涂AgNWs分散液和经过掺杂的PEDOT:PSS制备成柔性透明复合电极；然后在两片复合电极上添加电解质，相对压合制备成了三明治结构的透明柔性超级电容器。本发明专利技术所制备的柔性全固态透明超级电容器具有良好的透光度、柔韧性和电化学性能，很有潜力应用于橱窗为建筑物供能，也可以用于衣服和手提袋为电子设备充电。

Sandwich structure flexible all solid state transparent supercapacitor and preparation method thereof

The invention discloses a sandwich structure flexible all solid state transparent super capacitor and a preparation method thereof. The super capacitor adopts flexible transparent conductive film as an electrode, and ionic gel as electrolyte, wherein the conductive film is a flexible substrate / metal nanowire / conductive polymer, wherein the flexible substrate is PET and metal nanowires. For ultra long AgNWs, the conductive polymer is PEDOT:PSS. Flexible and transparent composite electrodes were prepared by spin-coating AgNWs dispersion solution on PET and doped PEDT:PSS, and then sandwich-structured transparent and flexible supercapacitors were prepared by adding electrolytes to the two composite electrodes and relative pressing. The flexible all-solid-state transparent supercapacitor prepared by the invention has good transparency, flexibility and electrochemical performance, and has great potential to be used in window to provide energy for buildings, as well as for charging clothes and handbags for electronic equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法
本专利技术属于超级电容器
，具体涉及一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法。
技术介绍
由于化石燃料的减少和气候的变化，人们对可再生和可持续的能源的追求一直很强烈。来源于风能和太阳能的可再生能源需要经过转换存储起来，超级电容器作为一种电化学储能系统，引起了越来越多的关注和研究。结合比电容和能量密度高、结构简单、性能稳定、以及使用寿命长等优势，可以满足各种能量存储的需要。存储在电化学电容器里面的能量包括电容和赝电容。电容(非法拉第)过程是基于电荷在电极和电解质界面的分离，而赝(法拉第)电容依赖于电极材料的氧化还原反应。导电聚合物，聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)，具有许多优势，包括高的透光率、良好的柔韧性、可调节的电导性和电化学性能等，有很大的潜力作为柔性透明电极应用于超级电容器、有机电致发光器件(OLED)以及有机太阳能电池(OPV)等领域。银纳米线电极展现出优秀的电导性、柔韧性和透光度，可以应用于触摸屏、有机电致发光器件(OLED)以及有机太阳能电池(OPV)。之前报道过以单独的PEDOT:PSS电极或者银网格/PEDOT:PSS复合电极来制备三明治结构的柔性全固态超级电容器，但是普遍存在操作复杂、成本高以及电容小等问题，我们利用旋涂的银纳米线/PEDOT:PSS复合电极来制备超级电容器，解决了以上问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法，技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提出了一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，该超级电容器以柔性透明导电薄膜为电极，离子凝胶为电解质，其中导电薄膜为柔性基底、金属纳米线、导电聚合物组成的柔性透明复合电极，金属纳米线为集流体，导电聚合物为活性材料。所述的柔性基底是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚氨酯或者聚二甲氧基硅烷(PDMS)；所述的金属纳米线为银纳米线、铜纳米线或者它们的复合物，长度为30～500μm，直径为20～300nm；所述的导电聚合物为掺杂的聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚苯胺、聚吡咯或者它们的复合物：通过改变导电薄膜上导电聚合物以及银纳米线的量，来实现超级电容器比电容的调控。其中超长的银纳米线具有良好的导电性、柔韧性和透光度，经过掺杂的聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)薄膜具有良好的成膜性、透光度和电化学性能；通过将银纳米线和聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)进行复合，银纳米线电极为PEDOT:PSS电极提供更多导电通路，改善PEDOT:PSS的导电性；PEDOT:PSS电极为银纳米线电极增添电化学性能，同时避免银纳米线与空气的接触而发生氧化；制备的柔性全固态透明超级电容器具有良好的透光度、柔韧性和电化学性能，很有潜力应用于橱窗为建筑物供能，或者用于衣服和手提袋为电子设备充电。同时，本专利技术提供了一种三明治结构的柔性全固态透明超级电容器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)首先在柔性衬底上通过喷墨打印、丝网印刷、旋涂、滴涂、棒涂以及电化学的方法沉积金属纳米线和导电聚合物；(2)然后在电极上添加电解质；(3)最后将两片电极压合组装成超级电容器；具体地，一种三明治结构的柔性全固态透明超级电容器的制备方法，步骤如下：(1)聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)原液经过0.22～0.8μm的水系滤头过滤，然后加入0.1～6vol％的乙二醇和1～2vol％曲拉通(Triton-X100)，超声分散为均匀的溶液。(2)超长的银纳米线均匀分散在乙醇溶液中，在柔性基底上旋涂银纳米线分散液，在120～200℃下退火5～20min制成了银纳米线透明电极；(3)随后在银纳米线电极上旋涂配置好的PEDOT:PSS溶液，然后在120～200℃下退火5～20min，重复相同的操作来制备不同层数的PEDOT:PSS的复合电极.(4)在复合电极上分别涂抹电解质，在室温下稍微变干，然后将两片复合电极相对压合制备成了三明治结构的透明柔性超级电容器。有益效果：本专利技术提供的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优势：1)本专利技术制备工艺具有操作简单、仪器要求低等优势；2)本专利技术的柔性透明复合电极具有电导性良好、透光率理想、电化学性能出色等优势；3)本专利技术的基于复合电极的全固态柔性透明超级电容器，具有高的面积比电容、高的柔韧性、理想的透明度等优势，可以应用于橱窗为建筑物供能，或者用于衣服和手提袋上为电子设备充电。附图说明图1为多元醇法合成的银纳米线扫描电镜图；图2为旋涂制备的复合电极扫描电镜图；图3为旋涂制备的柔性透明电极的透光率；图4为旋涂制备的柔性透明电极的方阻和透光率；图5为柔性全固态透明超级电容器的结构图。具体实施方式所述的超级电容器采用柔性透明导电薄膜为电极，离子凝胶为电解质，其中导电薄膜为柔性基底、金属纳米线、导电聚合物组成的柔性透明复合电极；其中柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，金属纳米线为超长的银纳米线(AgNWs)，导电聚合物为聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)。通过在PET上旋涂AgNWs分散液和经过掺杂的PEDOT:PSS制备成柔性透明复合电极；然后在两片复合电极上添加电解质，相对压合制备成了三明治结构的透明柔性超级电容器。本专利技术所制备的柔性全固态透明超级电容器具有良好的透光度、柔韧性和电化学性能，很有潜力应用于橱窗为建筑物供能，也可以用于衣服和手提袋为电子设备充电。下面结合附图和实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例根据下述实施例，可以更好的理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。本专利技术提出一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，该超级电容器以柔性透明导电薄膜为电极，离子凝胶为电解质，其中导电薄膜为柔性基底、金属纳米线、导电聚合物组成的柔性透明复合电极，其中金属纳米线为集流体，导电聚合物为活性材料。通过改变导电聚合物以及金属纳米线的量来调节超级电容器的比电容。同时，本专利技术提供了一种三明治结构的柔性全固态透明超级电容器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)首先在柔性衬底上通过喷墨打印、丝网印刷、旋涂、滴涂、棒涂以及电化学的方法沉积金属纳米线和导电聚合物；(2)然后在电极上添加电解质；(3)最后将两片电极压合组装成超级电容器。实施例1：(1)将聚乙烯醇、H3PO4和去离子水加入玻璃瓶中混合，然后在95℃下加热搅拌直到形成均匀的凝胶电解质；(2)聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)原液经过0.5μm的水系滤头过滤，然后加入6vol％的乙二醇和2vol％曲拉通(Triton-X100)，超声分散为均匀的溶液。(3)裁剪出PET片子若干个，然后等离子处理PET(100w/5min)；(4)超长的银纳米线(75μm/120nm)均匀分散在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，该超级电容器具有三明治器件结构，通过在两个柔性透明复合电极之间添加电解质，相对压合而成；其中，所述柔性透明复合电极为由柔性基底、金属纳米线、导电聚合物复合而成的导电薄膜，具体为在柔性基底上沉积金属纳米线分散液和导电聚合物制备而成；所述金属纳米线为集流体，所述导电聚合物为活性材料；所述电解质为离子凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，该超级电容器具有三明治器件结构，通过在两个柔性透明复合电极之间添加电解质，相对压合而成；其中，所述柔性透明复合电极为由柔性基底、金属纳米线、导电聚合物复合而成的导电薄膜，具体为在柔性基底上沉积金属纳米线分散液和导电聚合物制备而成；所述金属纳米线为集流体，所述导电聚合物为活性材料；所述电解质为离子凝胶。2.根据权利要求1所述的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，所述的柔性基底是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI、聚氨酯PA或者聚二甲氧基硅烷PDMS中的一种。3.根据权利要求1所述的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，所述的柔性基底是聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。4.根据权利要求1所述的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，所述的金属纳米线为银纳米线、铜纳米线或者它们的复合物，长度为30～500μm，直径为20～300nm。5.根据权利要求1或3所述的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，所述的金属纳米线为银纳米线。6.根据权利要求1所述的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于，所述的导电聚合物为掺杂的聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS、聚苯胺、聚吡咯中的一种，或多种组成的混合复合物。7.根据权利要求1或6所述的一种三明治结构柔性全固态透明超级电容器，其特征在于所述的导电聚合物为聚3，4-乙烯二...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，李东东，刘星，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32