一种超级电容器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超级电容器及其制备方法和应用，该超级电容器包括依次设置的第一电极层、电解质层和第二电极层；第一电极层和第二电极层的制备原料包括聚乙烯醇、导电材料和储能材料；电解质层的制备原料包括聚乙烯醇；第一电极层、电解质层和第二电极层中的聚乙烯醇，在交联剂的作用下，在所述第一电极层、电解质层和第二电极层的界面上以及所述第一电极层、电解质层和第二电极层内部发生交联。该超级电容器不仅可有效融合超级电容器的电极|电解质|电极之间的界面降低界面接触电阻从而提高柔性超级电容器的面积比容量，还可构筑强化学交联的电极|电解质|电极界面强化界面相互作用从而提高柔性超级电容器的耐弯曲和扭曲形变性能。形变性能。形变性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及储能
，尤其是涉及一种超级电容器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新型柔性和可穿戴电子设备(柔性显示器、可穿戴传感器、电子皮肤等)的涌现极大促进了可为其供电的柔性超级电容器的飞速发展。发展高性能柔性超级电容器成为热点问题。柔性超级电容器应具备在各种形变状态下包括长时间的弯曲、扭曲或折叠等稳定输出电能的能力。目前，经典的柔性超级电容器通常包括可同时作为正极和负极的柔性电极材料与电解质等主要部件，通过将柔性电极材料、电解质和柔性电极材料层层堆叠形成电极|电解质|电极三明治结构组装制备。然而三明治结构柔性超级电容器因电极|电解质|电极的明显界面且界面作用力依赖于较弱的次价键力，存在界面接触电阻大和界面相互作用力弱的问题，导致柔性超级电容器实际输出的能量密度低且电极|电解质|电极三明治结构在反复形变下不可避免发生相对位移和界面脱层造成柔性超级电容器失效，难以满足新型柔性和可穿戴电子设备的供电需求，限制柔性超级电容器的产业化发展。
[0003]因此，有必要提供一种新的超级电容器，其具有优异的力学性能和耐形变性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种超级电容器，能够有效提高力学性能、耐形变性能、出色的面积比电容。
[0005]本专利技术第二方面还提供一种超级电容器的制备方法。
[0006]本专利技术第三方还提供一种超级电容器的应用。
[0007]根据本专利技术的第一方面实施例的超级电容器，包括依次设置的第一电极层、电解质层和第二电极层；所述第一电极层和第二电极层的制备原料包括聚乙烯醇、导电材料和储能材料；
[0008]所述电解质层的制备原料包括聚乙烯醇；
[0009]所述第一电极层、电解质层和第二电极层中的聚乙烯醇，在交联剂的作用下，在所述第一电极层、电解质层和第二电极层的界面上以及所述第一电极层、电解质层和第二电极层内部发生交联。
[0010]根据本专利技术实施例的超级电容器，至少具有如下有益效果：
[0011]本专利技术利用聚乙烯醇和交联剂进行交联，交联不仅发生在第一电极层、电解质层和第二电极层的界面，而且还发生在第一电极层、电解质层和第二电极层内部发生交联。因此，不仅可有效融合超级电容器的电极|电解质|电极之间的界面降低界面接触电阻从而提高柔性超级电容器的面积比容量，还可构筑强化学交联的电极|电解质|电极界面强化界面相互作用从而提高柔性超级电容器的耐弯曲和扭曲形变性能。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述交联剂为二醛类化合物。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述二醛类化合物包括戊二醛、乙二醛、丁二醛中的至
少一种。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述导电材料包括碳纳米管、石墨烯、多孔炭、炭黑或碳纤维中的至少一种。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，在第一电极层和第二电极层中，所述聚乙烯醇和导电材料的质量比为1：(0.25～4)。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述储能材料包括导电聚合物或金属氧化物。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩中的至少一种。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述金属氧化物包括二氧化锰或二氧化钌。
[0019]本专利技术的第二方面实施例提供一种超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
[0020]S1、将聚乙烯醇、导电材料、表面活性剂和第一溶剂混合搅拌得到混合溶液，通过热处理除去第一溶剂分别得到第一导电薄膜和第二导电薄膜；将聚乙烯醇和第二溶剂混合搅拌，得到聚乙烯醇溶液，通过热处理除去第二溶剂得到聚乙烯醇薄膜；
[0021]S2、将第三溶剂对第一导电薄膜、第二导电薄膜和聚乙烯醇薄膜进行溶胀，按照第一导电薄膜、聚乙烯醇薄膜和第二导电薄膜顺序组装，通过热压法除去第三溶剂即得第一结构薄膜；
[0022]S3、将第一结构薄膜与交联剂进行交联反应，得到第二结构薄膜；
[0023]S4、将第二结构薄膜的两个表面进行电沉积储能材料，浸泡在水系电解液中，即得超级电容器。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，步骤S3中，所述交联反应的温度为25～60℃；时间为1～36h。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述表面活性剂和导电材料的质量比为1：(50～1000)。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十八烷基硫酸钠、硬脂酸钠、十二烷基三甲基溴化铵或辛苯昔醇中的至少一种。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述搅拌的转速为300～1000r/min。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述搅拌的时间为60～300min。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，步骤S1中，所述热处理的温度为30～100℃。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，步骤S2中，所述热压法满足以下条件之一：
[0031]温度为30～100℃，热压压强为0.1～10MPa，热压时间为5～120min。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，步骤S4中，所述电沉积法包括恒电流沉积、恒电位沉积或循环伏安法沉积中的至少一种。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，步骤S4中，所述水系电解液的浓度为1～3M。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，所述水系电解液包括硫酸。
[0035]本专利技术的第三方面实施例提供一种超级电容器在在柔性电子器件或可穿戴电子设备中的应用。
[0036]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。
附图说明
[0037]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0038]图1为本专利技术实施例1、2、3和4制备的超级电容器的超景深三维显微镜图，其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4；
[0039]图2为本专利技术实施例1、2、3和4制备的超级电容器的的扫描电镜图，其中a为实施例1，b为实施例2，c为实施例3，d为实施例4；
[0040]图3为本专利技术实施例1、2、3和4制备的超级电容器的应力
‑
应变曲线和弹性模量、拉伸强度与断裂伸长率比较图；
[0041]图4为本专利技术实施例1、2、3和4制备的超级电容器的面积比电容比较图；
[0042]图5为本专利技术实施例1、2、3和4制备的超级电容器的阻抗比较图；
[0043]图6为本专利技术实施例1制备的超级电容器的耐弯曲性能图，其中a为从0
°
弯曲至90
°
和180
°
比电容变化及相应的循环伏安曲线，b为反复在0
°
到180
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器，其特征在于，包括依次设置的第一电极层、电解质层和第二电极层；所述第一电极层和第二电极层的制备原料包括聚乙烯醇、导电材料和储能材料；所述电解质层的制备原料包括聚乙烯醇；所述第一电极层、电解质层和第二电极层中的聚乙烯醇，在交联剂的作用下，在所述第一电极层、电解质层和第二电极层的界面上以及所述第一电极层、电解质层和第二电极层内部发生交联。2.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述交联剂为二醛类化合物。3.根据权利要求1或2所述的超级电容器，其特征在于，所述导电材料包括碳纳米管、石墨烯、多孔炭、炭黑或碳纤维中的至少一种。4.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，在第一电极层和第二电极层中，所述聚乙烯醇和导电材料的质量比为1：(0.25～4)。5.根据权利要求1所述的超级电容器，其特征在于，所述储能材料包括导电聚合物或金属氧化物。6.根据权利要求1～5任一项所述的超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将聚乙烯醇、导电材料、表面活性剂和第一溶剂混合搅拌得到混...

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬帆，孙晓伟，李林松，马春平，吴彦城，易宁波，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：