平面柔性储能变色一体化器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种平面柔性一体化器件，特别涉及一种平面柔性储能变色一体化器件及其制备方法。本发明专利技术通过用高分子聚合物分散电致变色材料获得粘度合适、分散性稳定优异的高性能墨水，采用微电子打印机将其印制在PET等柔性基底上，获得图案化电致变色层；再用类似方法配制导电电极墨水，并在电致变色层上部二次精准打印导电电极层；最后，在电致变色层图案上部印制凝胶电解质，并将两部分电致变色层组装获得完整平面柔性储能变色一体化器件。本发明专利技术通过微电子打印技术的应用、高性能墨水的制备、柔性基材、电致变色及导电电极材料的筛选等实现了平面化柔性电容储能电致变色一体化器件机械柔性、光学性能和电化学性能的全方位提升。提升。提升。

【技术实现步骤摘要】
平面柔性储能变色一体化器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种平面柔性一体化器件，特别涉及一种平面柔性储能变色一体化器件及其制备方法，属于储能器件


技术介绍

[0002]随着经济飞速发展，能源消耗持续增长，能源危机已成为当今社会最大的问题之一，以智能方式管理能耗已成为解决能源问题的一种方法。储能变色器件作为一种典型的集变色和储能功能于一体的多功能器件，具有工作电压低、多稳态、静态无功耗、透光度连续可调、寿命长、成本低等特点，可通过视觉判断电源能量消耗情况，为智能管理能耗提供一种方法。其在智能节能窗、低能耗显示器、汽车防炫目后视镜、电子书、智能眼镜、红外隐身和卫星热控等领域都有着广泛应用。
[0003]近年来对于这类多功能器件的结构设计与工作原理不断取得研究进展，但仍然有待提高。从电化学原理角度来讲，电致变色器件和电池、超级电容器具有相同的结构，且由于电致变色和储能过程都起源于电化学氧化还原反应，而电化学氧化还原反应过程与活性材料的表面积和电导率密切相关。因此，通过电致变色技术与储能器件技术的进一步融合设计，可优化器件结构，开发出高性能平面柔性储能变色一体化器件。另外，开发具有高表面积和电导率的新型电致变色活性材料对提升储能变色一体化器件性能至关重要。对于电致变色器件，理想的电极材料不仅需要高导电率，而且需要极好的透光性、抗化学性能和耐电化学腐蚀性能。而常用ITO电致变色电极材料，其导电性不足以获得很高的响应速度。在低应变下，ITO薄膜也极易开裂导致其导电性能急剧降低，从而影响整个器件的性能。所以，如何克服其脆性，提升导电性和柔性是这一领域的技术瓶颈。且铟元素比较稀缺和贵重，找到其他导电材料来替代传统ITO也成为当前的研究热点。
[0004]近年来，纳米导电材料，如：金属纳米材料(如金属纳米线和金属网格)，碳材料(如碳纳米管和石墨烯)，以及纳米掺杂金属氧化物被广泛地研究。这些纳米导电材料用于电致变色器件不仅能提升电致变色性能，还可促进下一代多功能、柔性可穿戴器件的发展。常用的电致变色器件中的纳米导电材料，包括银纳米线，碳纳米管，石墨烯，纳米掺杂的金属氧化物和混合导电纳米材料。这些材料的发掘和应用不仅实现了电致变色纳米薄膜和器件光学性能和电化学性能的改善，也促进了器件机械柔性的提升。
[0005]另外，电致变色能源器件制备的关键在于电致变色电极的制备，尤其涉及到图案化电极设计，传统的物理沉积和喷雾掩模等工艺复杂，效率低下，严重限制了电致变色能源器件的发展。为了解决以上问题，人们对其进行了许多探索。打印技术工艺技术成熟，应用范围广泛，而且成本低、可靠性好、产量高，非常适合于平面器件的宏量化制备。其可通过将功能性材料配置成具有适当流变性的油墨进行印制得到。作为一种新兴的智能制造技术，可在实现大规模制备的同时，实现集成化，以提升器件整体性能。将电致变色功能材料配制成稳定油墨，并通过打印的方式制备图案化电极，为电致变色能源器件的制备提供了一种可靠高效的新方案。因此，合成配制高性能油墨对于扩展高效的打印技术应用于制备柔性
功能器件具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种平面柔性储能变色一体化器件，其机械柔性、光学性能和电化学性能得到全方位提升。
[0007]本专利技术还提供一种所述平面柔性储能变色一体化器件的制备方法，该方法具有简单方便，在赋予器件平面性、柔性的同时，还可轻松实现集成化，赋予储能变色器件优异电化学和光学性能的提升，为一体化器件低成本制备提供了新的研究方向和思路。
[0008]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0009]一种平面柔性储能变色一体化器件的制备方法，该储能变色一体化器件包括柔性衬底、电致变色层、电解质层和导电电极层，该方法包括以下步骤：
[0010](1)电致变色层和导电电极层的油墨制备
[0011]用高粘度的有机高分子聚合物在溶剂中分散电致变色材料，调节油墨粘度至20
‑
100mPa
·
s(优选为20
‑
50mPa
·
s)，经搅拌得到分散稳定性良好的用于打印的电致变色油墨；
[0012]导电电极材料用溶剂分散后，再用高导电聚合物调节粘度至20
‑
100mPa
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s(优选为40
‑
60mPa
·
s)，经搅拌后得到用于打印电致变色器件的导电电极层油墨；
[0013](2)图案化电致变色层和导电电极层
[0014]在绘图软件辅助下，采用打印机(配绘图软件)根据储能变色一体化器件要求设计和绘制图案，并通过调节系统设置参数(针头的大小、高度、位置、打印气压和打印次数)，在柔性基材上进行图案印制，得到导电电极层，烘干；
[0015]采用上述微电子打印的方法，继续用电致变色油墨在上述导电电极层上印制电致变色层，烘干；
[0016](3)在电致变色层的图案上印制凝胶电解质，并将两部分电致变色层组装在一起，进行密封封装，得到所述平面柔性储能变色一体化器件。
[0017]本专利技术方法制备方法简单灵活，易于扩展化，可小批量、多样式生产，图案美观多样化；制备的打印油墨性能优异，分散稳定性好；制备的平面柔性储能变色一体化器件即保持了优异的储能性能，又实现光学性能(电致变色性能)，同时赋予器件优异的机械柔性，对柔性、可穿戴电子设备的扩展性发展和生产具有重要意义。
[0018]作为优选，电致变色油墨的粘度为20
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50mPa
·
s，导电电极油墨的粘度为40
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60mPa
·
s。通过精确调节打印机针头的大小、高度、位置、打印气压和打印次数，确保印制图案较高的清晰度和分辨率，利于二次精准对花，从而保证器件优异的电化学性能和光学性能的实现。
[0019]作为优选，电致变色材料为WO3、TiO2、MoO3、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、普鲁士蓝、杂多酸或金属酞菁化合物中的一种或几种。
[0020]作为优选，步骤(1)中的有机高分子聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、水性聚氨酯(PU)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酰胺(CPAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM)、羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素(CMC)或海藻酸钠中的一种或几种。
[0021]作为优选，步骤(1)中的导电电极材料选自银纳米线、碳纳米管(CNTs)、石墨烯、
Mxene或PEDOT：PSS中的一种或几种。
[0022]作为优选，溶剂选自乙醇、异丙醇(IPA)、去离子水、N，N二甲基甲酰胺(DMF)、N甲基吡咯烷酮(NMP)、碳酸丙烯酯或乙酸乙酯中的一种或几种；高导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩。
[0023]作为优选，步骤(2)中的微电子打印机(配Bits Assembler绘图软件)，可用于此打印的打印机有MP1100微电子打印机、MF3D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平面柔性储能变色一体化器件的制备方法，该储能变色一体化器件包括柔性衬底、电致变色层、电解质层和导电电极层，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)电致变色层和导电电极层的油墨制备用高粘度的有机高分子聚合物在溶剂中分散电致变色材料，调节油墨粘度至20
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100mPa
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s，经搅拌得到分散稳定性良好的用于打印的电致变色油墨；导电电极材料用溶剂分散后，再用高导电聚合物调节粘度至20
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100mPa
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s，经搅拌后得到用于打印电致变色器件的导电电极层油墨；(2)图案化电致变色层和导电电极层在绘图软件辅助下，采用打印机根据储能变色一体化器件要求设计和绘制图案，并通过调节系统设置参数，在柔性基材上进行图案印制，得到导电电极层，烘干；采用上述微电子打印的方法，继续用电致变色油墨在上述导电电极层上印制电致变色层，烘干；(3)在电致变色层的图案上印制凝胶电解质，并将两部分电致变色层组装在一起，进行密封封装，得到所述平面柔性储能变色一体化器件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的电致变色材料为WO3、TiO2、MoO3、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、普鲁士蓝、杂多酸或金属酞菁化合物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的有机高分子聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、水性聚氨酯(PU)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酰胺(CPAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM)、羧甲基淀粉、醋酸淀粉、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素(CMC)或海藻酸钠中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡柳，张亚茹，胡毅，
申请(专利权)人：浙江理工大学绍兴柯桥研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：