一种微型电容器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微型电容器及其制备方法，涉及微型超级电容器领域。该微型电容器包括正电极，所述正电极上沉积有复合材料层，所述复合材料层为GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。所述微型电容器具备较高的能量密度，并且体积小，可循环折叠弯曲，同时无线充电。同时无线充电。

【技术实现步骤摘要】
一种微型电容器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微型超级电容器领域，特别是涉及一种微型电容器及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，运动健康和植入式医疗设备在内的微型电子设备得到了广泛的关注，并经历了快速发展，使各种可穿戴柔性和微型电子产品的使用越来越普遍。柔性电子器件具有重量轻、可折叠弯曲等特点，因此亟需发展与之匹配、兼容的柔性储能设备。电池、超级电容器作为比较常见的能量储存与转化装置成为国内外学术界研究的焦点。随着人们对可穿戴电子产品要求的不断提高，人们对能源装置的稳定性和安全性有着越来越高的要求，传统的储能装置通常体积大，易漏液、不可弯曲、易断裂，柔性器件在长期使用过程中，不可避免地会产生弯曲、扭曲等变形，因此传统的能源器件难以满足可穿戴设备轻型化、柔性化、集成化与稳定化的发展需要，限制了柔性电子产品的发展。尤其对植入式医疗设备，电源寿命有限，每次从体内取出设备更换电源或反复充电，费时费力。

技术实现思路

[0003]针对上述技术问题，本专利技术提供一种微型电容器，所述微型电容器具备较高的能量密度，并且体积小，可循环折叠弯曲，同时无线充电。
[0004]本专利技术提供了一种微型电容器，该微型电容器包括正电极，所述正电极上沉积有复合材料层，所述复合材料层为GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。
[0005]采用上述复合材料，通过GQD和Co(OH)2二者相互协同，以及Ni的高导电性，使GQD/Co(OH)2/Ni复合材料具有较高的比容量，能使微型电容器具有较高的能量密度，并且体积小，可循环折叠弯曲，实现无线充电。
[0006]在其中一个实施例中，所述GQD/Co(OH)2/Ni复合材料通过以下方法制备得到：
[0007]制备Ni电极材料：采用线状集流体为第一工作电极，采用Ni(NO3)2.6H2O和H2SO4为原料制备电解液，通过恒压沉积法制备Ni电极材料；
[0008]制备GQD/Co(OH)2/Ni复合材料：采用所述Ni电极材料为第二工作电极，采用GQD、Co(NO3)2·
6H2O和KCl为原料，通过恒流沉积法制备GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。
[0009]本专利技术人在研究过程中发现，具有灵活结构的线状超级电容器，不但具备平面型柔性超级电容器的高功率密度、循环稳定性好等优势，在弯曲、打结、卷绕多种变形时具有较好的机械稳定性，其性能可以通过调节其长度来轻松控制，还可以满足可穿戴设备轻量化、集成化编织和柔性化的要求。
[0010]因此，专利技术人采用线状集流体为第一工作电极，使微型电容器具备线性结构，可通过灵活控制器件的线性长度来实现对容量的控制；采用Ni(NO3)2·
6H2O、GQD、Co(NO3)2·
6H2O为原料制备GQD/Co(OH)2/Ni复合材料，通过GQD和Co(OH)2二者相互协同，以及Ni的高导电性，使GQD/Co(OH)2/Ni复合材料具有较高的比容量。
[0011]在其中一个实施例中，所述Ni(NO3)2·
6H2O和H2SO4的用量比例为0.1
‑
0.5mol：1
‑
3mol。采用上述用量比例的原料，能够在线状集流体表面快速还原沉积形成镍膜。
[0012]在其中一个实施例中，所述GQD、Co(NO3)2·
6H2O和KCl的用量比例为：0.0004
‑
0.004mol：0.005
‑
0.02mol：0.005
‑
0.02mol。采用上述用量比例的原料，KCl的加入使电子传输加快，进而使钴原子较快生成氢氧化钴，同时能避免衍生杂质的产生。
[0013]在其中一个实施例中，所述恒压沉积法中的电压为1
‑
5V，电沉积时间为2
‑
10min；所述恒流沉积法中的电流密度为3
‑
7mA/cm2，电沉积时间为2
‑
10min。采用上述反应条件，目标物能够均匀沉积，具有可通过调节电沉积时间控制沉积厚度的优势。
[0014]在其中一个实施例中，所述线状集流体通过以下步骤得到：将导电细丝浸入酸中腐蚀，腐蚀时间为10
‑
14小时，即得。采用上述反应条件，能够获得表面多孔结构的线状集流体。
[0015]在其中一个实施例中，所述导电细丝由以下原料中的至少1种制成：碳纤维、Ti、Cu、Au、Ag；所述酸包括以下原料中的至少1种：硝酸、硫酸、盐酸。采用上述原料制备的线状集流体，内阻极小，能将电流汇集起来形成较大的电流对外输出。
[0016]本专利技术还提供了一种微型电容器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：采用所述微型电容器中的GQD/Co(OH)2/Ni复合材料和固态电解质作为正电极，采用活性炭作为负电极，将所述正电极、所述负电极和所述固态电解质组装至一起后，即得。
[0017]在其中一个实施例中，所述微型电容器，通过串并联若干器件，实现不同电流电压。
[0018]本专利技术还提供了一种微型电容器的充电方法，所述微型电容器和无线充电模块接收端连接，无线充电模块发射端和直流电源连接，所述无线充电模块接收端和所述无线充电模块发射端距离为1
‑
50cm，所述直流电源的电压为5
‑
100V。
[0019]采用上述充电方法，能实现非接触式充电。
[0020]本专利技术还提供了所述微型电容器中的GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提供了一种微型电容器，该电容器体积小，可循环折叠弯曲，且为线性结构，可通过灵活控制线性长度来实现对容量的控制，通过将所述微型电容器和无线充电模块连接，可实现不同距离的无线供电，对于微型化医学移植设备具有极大的应用前景。所述微型电容器采用GQD/Co(OH)2/Ni复合材料制备正电极，利用GQD和Co(OH)2二者相互协同及Ni的高导电性，使所述正电极具有较高的比容量，进而使所述微型电容器具备较高的能量密度，能量密度可高达18.58mWh/cm3以上。
附图说明
[0023]图1是实施例3中无线充电模块的电路图。
[0024]图2是实施例1步骤2得到的Ni电极侧面100000放大倍数形貌观测图。
[0025]图3是实施例1步骤2得到的Ni电极断截面1500放大倍数形貌观测图。
[0026]图4是实施例1的GQD/Co(OH)2/Ni复合材料侧面20000放大倍数的形貌观测图。
[0027]图5是实施例1、对比例1、对比例2的3种电极材料的GCD曲线；
[0028]其中，1为Ni电极材料，2为GQD/Co(OH)2电极材料，3为GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。
[0029]图6是实施例2的微型电容器在不同电流密度下能量
‑
功率密度。
[0030]图7是实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型电容器，其特征在于，包括正电极，所述正电极上沉积有复合材料层，所述复合材料层为GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。2.根据权利要求1所述的微型电容器，其特征在于，所述GQD/Co(OH)2/Ni复合材料通过以下方法制备得到：制备Ni电极材料：采用线状集流体为第一工作电极，采用Ni(NO3)2.6H2O和H2SO4为原料制备电解液，通过恒压沉积法制备Ni电极材料；制备GQD/Co(OH)2/Ni复合材料：采用所述Ni电极材料为第二工作电极，采用GQD、Co(NO3)2·
6H2O和KCl为原料，通过恒流沉积法制备GQD/Co(OH)2/Ni复合材料。3.根据权利要求1所述的微型电容器，其特征在于，所述Ni(NO3)2·
6H2O和H2SO4的用量比例为0.1
‑
0.5mol：1
‑
3mol。4.根据权利要求1所述的微型电容器，其特征在于，所述GQD、Co(NO3)2·
6H2O和KCl的用量比例为：0.0004
‑
0.004mol：0.005
‑
0.02mol：0.005
‑
0.02mol。5.根据权利要求1所述的微型电容器，其特征在于，所述恒压沉积法中的电压为1
‑
5V，电沉积时间为2
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈心满，张志强，夏秋雨，钟智坚，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：