一种全打印的一体化无线充电储能微模块及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种全打印的一体化无线充电储能微模块及其制造方法。包含NFC模块和超级电容模块，超级电容模块包括微型平面超级电容器单元串联连接组成；NFC模块中，NFC天线的两端分别和NFC芯片的两个输入端连接，NFC芯片的两个输出端分别和七个微型平面超级电容器单元串联后的两端连接；每个微型平面超级电容器单元中，MXene印刷电极布置在柔性基底上，MXene印刷电极上面覆盖有凝胶电解质。本发明专利技术拥有出色的电化学储能特性以及优异的循环稳定性和机械柔韧性，能够为小型设备提供可持续的电压供应；制备过程更简单、印刷技术的批量化生产潜力有助于进一步地降低其生产成本，且可以在原型设计完成后快速地进行印刷制备。可以在原型设计完成后快速地进行印刷制备。可以在原型设计完成后快速地进行印刷制备。

【技术实现步骤摘要】
一种全打印的一体化无线充电储能微模块及其制造方法


[0001]本专利技术涉及了一种无线充电储能元件及其制造方法，尤其是涉及了一种全打印的一体化无线充电储能微模块及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着可穿戴电子产品的(如智能运动设备、电子皮肤、柔性屏幕等)在医疗保健、导航、社交网络等多个领域的飞速发展，并通过不同场景的应用给我们的生活带来便利，这也对供能器件的要求也日益增加。而高性能的柔性供能器件对于促进可穿戴电子产品的产业化至关重要，越来越显示出其颇高的市场价值。具有柔性和便携性的无线微型能量存储模块被认为是面向未来的新一代电子器件，这些器件能够同时满足能量存储和无线充电的两项基本功能。在这方面，超级电容器由于其高功率密度，快充放电速率，高循环稳定性和强环保性能等优势特点，在一体化无线充电储能微模块开发中受到了越来越广泛的关注。
[0003]一体化无线微型能量存储模块的设计不但需要考虑柔性和便携性，还要能够适用于大规模的生产应用。目前，金属和金属基复合材料被广泛应用于无线充电微器件中。然而，这些金属基材料容易氧化和腐蚀，导致寿命缩短。此外，它们的高热损失会消耗大量电能，降低实际利用率。另一方面，模量的制造需要避免连接处的粗组装，这会导致高能耗和器件结构的脆弱性。所以迫切需要一种使用非金属的高导电材料和一体化的制造工艺的制造协议，以实现模块无需物理连接即可通过外部电源无线充电和能量储存。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于克服现有一体化无线充电储能微模块的制备技术中难以集成制造、制造工序复杂、以及降低材料成本等问题，利用新型二维纳米材料MXene高导电的无添加墨水，将其用于印刷制备NFC天线和集成式微型平面超级电容器。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一、一种全打印的一体化无线充电储能微模块：
[0007]所述的一体化无线充电储能微模块包含NFC模块和超级电容模块；超级电容模块主要由七个微型平面超级电容器单元串联连接组成，NFC模块包括NFC 芯片和NFC天线，NFC天线的两端分别和NFC芯片的两个输入端连接，NFC 芯片的两个输出端分别和七个微型平面超级电容器单元串联后的两端连接。
[0008]每个微型平面超级电容器单元包括柔性基底、凝胶电解质和MXene印刷电极；MXene印刷电极布置在柔性基底上，MXene印刷电极上面覆盖有凝胶电解质。
[0009]所述的MXene印刷电极为叉指电极。
[0010]所述的七个微型平面超级电容器单元串联后的两端分别作为一体化无线充电储能微模块的正负极输出端口。
[0011]所述的一体化无线充电储能微模块通过无线方式接收电能，通过有线方式进行输
出电能。
[0012]每个微型平面超级电容器单元中的两组叉指电极均连接到各自一侧的集电器。
[0013]二、一种全打印的一体化无线充电储能微模块的制备方法：
[0014]所述的一体化无线充电储能微模块是采用直接打印技术直接在不同的柔性基底上印制而成，微型平面超级电容器单元中的叉指电极和NFC天线均采用 MXene墨水印刷制成。
[0015]制备方法具体包括：
[0016]将60mg/mL浓度以上的MXene墨水在无添加导电墨水情况下，在柔性基底上通过直接墨水书写的方式进行一体化无线充电储能微模块的印制，在常温下干燥后得到所需的定制导电图案，获得NFC天线和叉指电极；
[0017]在完成叉指电极的印制后，采用PVA/H3PO4凝胶或者PVA/H2SO4凝胶作为凝胶电解质制备形成在叉指电极上面，最终完成多个微型平面超级电容器单元串联组成的微型平面超级电容器模块的制备；
[0018]之后通过NFC芯片将NFC天线和超级电容模块连接，使NFC模块能为超级电容模块进行无线充电。
[0019]所述的NFC天线和外部NFC设备进行无线电能传输。
[0020]所述的一体化无线充电储能微模块用于可穿戴电子设备的能源存储和供应。
[0021]在常温下，本专利技术模块可通过直接墨水书写技术使用高导电的MXene墨水在不同的柔性基底上印制而成，无需其他的导电材料。在这种配置中，印刷的近场通讯(Near Field Communication，NFC)天线可以为微型平面超级电容器模块进行无线充电。所制备的微平面电容器拥有出色的电化学储能特性以及优异的循环稳定性和机械柔韧性，能够为小型设备提供可持续的电压供应。
[0022]本专利技术采用直接墨水书写的印刷方式具有效率高、速度快、易推广等优点，允许对NFC天线和微型平面超级电容器模块的快速设计，从而调整输出电压和电流范围以满足不同的能源需求。这项技术有助于促进微型供能模块的集成式设计和批量化生产。
[0023]本专利技术基于MXene纳米材料印制的导电图案无需高温后处理过程，可在多种柔性基底上制备。在这种配置中，MXene印刷的电极直接作为NFC天线和超级电容的集电器，无需额外的导电银浆等金属墨水材料或聚合物粘合剂。
[0024]另外，该一体化无线充电储能微模块的制备过程更简单、印刷技术的批量化生产潜力有助于进一步地降低其生产成本，且可以在原型设计完成后快速地进行印刷制备。
[0025]在本专利技术中通过直接直接墨水书写的方式，利用高浓度的二维材料MXene 导电墨水在多种柔性基底上一步印刷制备高性能的一体化无线充电储能微模块，在结构上将NFC充电线圈和微型超级电容器相融合，实现了无线充电和能量存储功能，能够满足多种场景下的可穿戴电子产品对能源的需求。
[0026]本专利技术与现有技术相比的有益效果包括：
[0027]首先在材料上，高浓度的MXene导电墨水具有优异的物理化学特性，如高导电性和高电容等，因此非常适合于一体化无线充电储能微模块的印刷制备；
[0028]其次，基于MXene导电墨水印制的微型天线和平面超级电容在印刷后无需高温后处理，对基底的选择没有限制，没有重金属污染回收的问题；
[0029]最后，基于MXene导电墨水制备的NFC天线能够稳定进行无线充电，基于MXene导电墨水制备的集成式微型平面超级电容器具有优异的电化学特性，可以在无线充电之后直接为柔性电子产品进行供能。
[0030]本专利技术将为可定制的一体化无线充电储能微模块的制备和发展开辟新的道路，具有极大的应用潜力，可以促进一体化无线充电储能微模块向批量化和集约化的生产方向发展。
附图说明
[0031][0032]图1为本专利技术实施例中一体化无线充电储能微模块的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例中集成式微型平面超级电容器的单元结构示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例中MXene材料的电镜表征图；
[0035]图4为本专利技术实施例中微型平面超级电容器模块的循环伏安曲线图；
[0036]图5为本专利技术实施例中微型平面超级电容器模块的恒电流充放电图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全打印的一体化无线充电储能微模块，其特征在于：所述的一体化无线充电储能微模块包含NFC模块和超级电容模块(1)；超级电容模块(1)主要由七个微型平面超级电容器单元串联连接组成，NFC模块包括NFC芯片(3)和NFC天线(4)，NFC天线(4)的两端分别和NFC芯片(3)的两个输入端连接，NFC芯片(3)的两个输出端分别和七个微型平面超级电容器单元串联后的两端连接。2.根据权利要求1所述的一种全打印的一体化无线充电储能微模块，其特征在于：每个微型平面超级电容器单元包括柔性基底(11)、凝胶电解质(12)和MXene印刷电极(13)；MXene印刷电极(13)布置在柔性基底上，MXene印刷电极(13)上面覆盖有凝胶电解质(12)。3.根据权利要求1所述的一种全打印的一体化无线充电储能微模块，其特征在于：所述的MXene印刷电极(13)为叉指电极。4.根据权利要求1所述的一种全打印的一体化无线充电储能微模块，其特征在于：所述的七个微型平面超级电容器单元串联后的两端分别作为一体化无线充电储能微模块的正负极输出端口(2)。5.根据权利要求1所述的一种全打印的一体化无线充电储能微模块，其特征在于：每个微型平面超级电容器单元中的两组叉指电极均连接到各自一侧的集电器。6.应用于权利要求1所述的一种全打印的一体化无线充电储能微模块的制备方法，其特征在于：所述的一体化无...

【专利技术属性】
技术研发人员：平建峰，邵雨舟，应义斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：