一种电容器电极、制备方法及电容器技术

本发明专利技术实施例提供一种电容器电极、制备方法及电容器，所述电容器电极包括：至少两层二维材料片层和至少一层碳纳米管，其中，两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。利用本发明专利技术实施例可在保证电容密度的前提下，提高工作频段。

【技术实现步骤摘要】
一种电容器电极、制备方法及电容器
本专利技术实施例涉及微加工和电化学
，尤其涉及一种电容器电极、制备方法及电容器。
技术介绍
随着可穿戴设备和物联网的迅速发展，目前对于电子设备的小型化与柔性化有着越来越严苛的要求。对于电子设备中的电路来说，虽然随着摩尔定律在过去几十年内的不断验证，其用于逻辑计算的有源晶体管体积迅速缩小，然而电路之中的其他无源电子元器件，包括电阻、电容和电感等，体积上却并没有太多的缩小。在一众无源元器件之中，电解电容是目前电路板上占据体积最大的单个元器件。其主要功能是提供百微法乃至毫法级的电容量，以在百赫兹左右的频段来提供频率筛选的功能。现有技术中的电容器工作频段较低，目前急需一种新的解决方案来保证电容密度的前提下，且提高了工作频段。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术实施例提供一种电容器电极、制备方法及电容器。第一方面，本专利技术实施例提供一种电容器电极，包括：至少两层二维材料片层和至少一层碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。第二方面，本专利技术实施例提供一种电容器电极的制备方法，包括：选取二维材料融入20mlLiF/HCl溶液之中，将所得溶液进行处理后得到稳定分散液；在所述稳定的分散液中加入0.1mg/mL碳纳米管溶液，均匀混合并超声处理1小时；将所述混合好的溶液置于真空抽滤设备中抽滤，在室温下干燥得到如权利要求1所述的电容器电极。第三方面，本专利技术实施例提供一种电容器，包括：第一电极、第二电极和一滤膜，所述第一电极、第二电极和所述滤膜封装成一个三明治结构的薄膜器件，其中，所述第一电极和所述第二电极为上述的电容器电极。本专利技术实施例提供的电容器电极、制备方法及电容器，电容器电极包括：至少两层二维材料片层和至少一碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。利用本专利技术实施例可在保证电容密度的前提下，提高工作频段。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的电容器电极的结构示意图；图2a为本专利技术实施例提供的单层金属烯材料的透射电镜照片；图2b为本专利技术实施例提供的复合电极的截面示意图；图2c-2e为本专利技术实施例提供的不同比例碳纳米管复合电极的截面示意图；图2f为本专利技术实施例提供的不同比例碳纳米管的复合电极的X射线衍射图的对比图；图3a为本专利技术一实施例提供的为掺入0％wt，0.3％wt和2％wt碳纳米管的复合电极的阻抗谱曲线；图3b为本专利技术一实施例提供的掺入0％wt，0.3％wt和2％wt碳纳米管三种电极相位与频率的关系；图3c为本专利技术一实施例提供的掺入0％wt，0.3％wt和2％wt碳纳米管三种电极容量与频率的关系；图3d为本专利技术一实施例提供的不同碳纳米管含量电极的频率性能对比图。附图标记：1-掺入0％wt碳纳米管的复合电极；2-掺入0.3％wt碳纳米管的复合电极；3-掺入2％wt碳纳米管的复合电极.具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的电容器电极的结构示意图，如图1所示，所述电容器电极包括至少两层二维材料片层和至少一碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。由于超级电容器的频率响应受限于离子的扩散速度，而离子在液相中扩散相较于固相扩散速度高两个数量级，二维材料所有原子都在表面，使用二维材料的电极不存在离子固相扩散，所以也不存在反应速率慢的问题。因此，本专利技术实施例提供利用二维导电赝电容材料来在高频下提供大电容的技术方案。本专利技术实施例提供一种电容器电极，包括至少两层二维材料片层和至少一碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。例如，可以是两层二维材料片层之间有一层碳纳米管，也可以是三层二维材料片层之间有两层碳纳米管，并且是每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管，等等。可以根据实际的情况自行设计，如图2a、图2b所示。利用本专利技术实施例提供的电极的插层结构，且层间距(等效孔径)与碳纳米管的含量正相关。据实验测试，制备得到的电极在120Hz处仍然能保持6mF/cm2的电容密度。本专利技术实施例提供的电容器电极，电容器电极包括：至少两层二维材料片层和至少一碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。利用本专利技术实施例可在保证电容密度的前提下，提高工作频段。优选地，所述二维材料为Ti3C2Tx。在上述实施例的基础上，在众多二维材料中，优先选取了过渡金属碳化物族中的Ti3C2Tx。一方面，Ti3C2Tx具有超过还原氧化石墨烯的导电性，同时还展现出超过900F/m3的比电容量；另一方面，Ti3C2Tx具有相对较好的稳定性、循环特性以及浸润性。本专利技术实施例还提供一种电容器电极的制备方法，包括：选取二维材料融入20mlLiF/HCl溶液之中，将所得溶液进行处理后得到稳定分散液；在所述稳定的分散液中加入0.1mg/mL碳纳米管溶液，均匀混合并超声处理1小时；将所述混合好的溶液置于真空抽滤设备中抽滤，在室温下干燥得到上述所述的电容器电极。在上述实施例的基础上，具体地，本专利技术实施例以下面的例子做具体说明：(1)选取1g陶瓷相材料Ti3C2Tx作为前驱体，缓慢放入20mLLiF/HCl溶液之中(由1gLiF粉末和20mL9MHCl配置而成)，然后置于35度环境下24小时；(2)将所得的溶液于4500转速下离心5分钟，去除上清液，再加入去离子水，重复上述离心工艺5次；(3)将获得的溶液用去离子水稀释50倍，然后利用细胞粉碎机超声2小时以获取稳定分散液；(4)加入0.1mg/mL的碳纳米管溶液，均匀混合并超声处理1小时；(5)将混合好的溶液置于真空抽滤设备中抽滤，也可直接在导电滤膜上或者是普通滤膜然后再转移到导电衬底，然后在室温下干燥，即制得电容器电极。图2c-2e为本专利技术实施例提供的不同比例碳纳米管复合电极的截面示意图，可明显看出随着碳纳米管含量的增加，等效孔间距明显增加，使得离子快速扩散，从而使得工作频段变高。图2f为本专利技术实施例提供的不同比例碳纳米管的复合电极的X射线衍射图的对比图，通过图2f可以看出在增加了碳纳米管含量后(001)衍射峰左移，是层间距增加的有效证据。通过图3a-图3d，可知，碳纳米管含量的质量百分比越高，电极的工作频段越高，电极的容量越低，通过对相位角是否靠近90°的判断，可知是否工作在工作频段。本专利技术实施例提供的电容器电极的制备方法，利用本专利技术实施例制备的电容器电极可在保证电容密度的前提下，提高工作频段。本专利技术实施例还提供一种电容器，包括：第一电极、第二电极和一滤膜，所述第一电极、第二电极和所述滤膜封装成一个三明治结构的薄膜器件，其中，所述第一电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容器电极，其特征在于，包括：至少两层二维材料片层和至少一层碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种电容器电极，其特征在于，包括：至少两层二维材料片层和至少一层碳纳米管，其中，每两层所述二维材料片层之间有一层所述碳纳米管。2.根据权利要求1所述的电容器电极，其特征在于，所述二维材料为Ti3C2Tx。3.一种电容器电极的制备方法，其特征在于，包括：选取二维材料融入20mlLiF/HCl溶液之中，将所得溶液进行处理后得到稳定分散液；在所述稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓红，徐思行，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11