【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容器，更具体地说是一种基于二维vox纳米带超级电容器的印刷制备工艺。
技术介绍
1、近年来，随着科技的进步与发展，能源消耗和环境恶化问题日趋严重，因此，寻找一种环境友好的新型储能系统迫在眉睫。纽扣式超级电容器是一种能将化学能转化为电能的新型绿色环保储能器件，因具快速可逆充放电、使用寿命长、温度特性好和环境友好等特点被广泛应用，主要由电极材料、隔膜和电解液三个部分组成，正极壳体与负极壳体连接处设有密封圈，形成密闭环境使得电解液充盈其中，以便进行电荷转移和离子交换，其中电极材料的性能会对超级电容器产生重要影响。
2、目前，常用的电极材料主要有碳基材料、导电聚合物、过渡金属氧化物。碳材料种类繁多且结构稳定，已在商业中进行应用，但存在比电容低和电压窗小的缺陷；导电聚合物制作成本低，具有赝电容特性，但高分子结构不稳定，充放电过程中会膨胀和收缩，进而严重影响离子载体的扩散能力，缩短使用寿命；过渡金属氧化物的价态多变且晶体结构稳定，是应用最广泛的电极材料之一，且工作时不易发生结构损伤性转化，因此，过渡金属氧化物在超级电容器中极具发展前景。作为一种典型的过渡金属氧化物，钒氧化物的价态丰富(+2；+3；+4；+5)且理论比电容高。同时，特殊的纳米结构能够大幅缩短离子的交换时间与传输距离，表现出优异的电化学性能。
3、除材料本身的性能外，电极的制备工艺亦是影响电化学性能的重要因素之一，常见的工艺有涂抹法、电沉积、热蒸发、化学镀等。然而，上述方法存在工序复杂、制作成本较高、性能不稳定等缺点，因此，急需寻找一种简
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种基于二维vox纳米带超级电容器的印刷制备方法。
2、本专利技术技术方案如下：
3、一种基于二维vox纳米带超级电容器的印刷制备工艺，包括以下步骤：
4、s1、vox纳米带的制备
5、将4.6-5.4mmol v2o5粉末置于聚四氟乙烯内胆中，加入去离子水和无水乙醇(体积比3:1；)超声至分散均匀，随后将混合溶液转移至不锈钢反应釜内放入烘箱，升温至170-190℃反应11-13小时，待反应结束后自然冷却至室温得到蓝灰色溶液，使用无水乙醇离心(7500-8500r/min)并洗涤样品至上层液澄清，放入75-85℃的真空干燥箱干燥11-13小时，获得黑灰色vox粉末。
6、s2、vox电极的制备
7、首先是配置油墨，将vox(活性材料)、乙炔黑(导电剂)和pvdf(粘结剂)按照质量比8:1:1混合均匀，加入适量nmp作为溶剂，搅拌均匀得到vox油墨。随后，取适量油墨至丝网版(60-150目)表面，利用刮板施加一定压力，油墨透过网孔转移至基底(泡沫镍)表面(印刷面积为1.0cm×1.0cm)，75-85℃真空干燥11-13小时，即获得丝网印刷电极。
8、同时，为探究制备工艺对电极性能影响，分别采用丝网印刷和涂抹工艺制备电极，利用刮墨刀挑取少量油墨均匀刮涂在泡沫镍表面(涂抹面积为1.0cm×1.0cm)，75-85℃真空干燥11-13小时，即获得涂抹电极。
9、s3、纽扣超级电容器的印刷与组装
10、纽扣对称超级电容器(symmetric supercapacitors,sscs)的制作主要分为电极制备和组装两个部分。①电极制备：取适量上述vox油墨置于丝网版(100目)表面，用刮板施加一定压力使油墨转移至泡沫镍圆片表面(直径为12mm)，放入真空干燥箱75-85℃干燥11-13h，取出后压片称重，获得vox圆片电极。②sscs组装：为保证sscs在测试过程中正负极电荷守恒(q+＝q-),研究选取质量相近的两片vox圆片电极，同时作为正极和负极放入na2so4电解液中，充分浸泡后取出备用，随后将直径15mm的圆片隔膜置入电解液内浸泡至完全润湿，按照负极壳、弹片、垫片、电极片、隔膜、电极片、垫片的顺序组装超级电容器，最终以正极壳朝下，负极壳朝上的方式，放入纽扣电池模压机，调节压力进行封装，即获得纽扣对称超级电容器。
11、还包括电化学性能测试步骤：
12、在室温环境下，分别对电极和超级电容器进行电化学性能测试，内容包括循环伏安测试(cyclic voltammetry,cv)、恒电流充放电测试(galvanostatic charge-discharge,gcd)、交流阻抗测试(electrochemical impedance spectroscopy,eis)和循环稳定性等测试。电极在三电极体系中进行测试，以vox电极作为工作电极，银/氯化银作为参比电极，铂片电极作为辅助电极，1.4-1.6mol/l na2so4作为电解液进行测试。超级带电容器的性能测试同样在电化学工作站上，用专用电极夹进行测试，对超级电容器组装时选取质量相近两片电极分别作为正极和负极。根据以下公式分别计算电极和超级电容器的质量比电容：
13、
14、其中：c为质量比电容，单位为f/g；i为充放电恒定电流，单位为a；δt为放电时间，单位为s；m为活性物质负载量，单位为g；δv为电压窗口，单位为v。
15、本专利技术的技术效果和优点：
16、1、本专利技术具有成本低廉、工艺简单、适应性强、可大规模制备等优点。
17、2、制备的二维vox纳米带比表面积高达85.18m2/g，具有丰富的孔道结构，孔容积和平均孔径分别为0.17cm3/g和6.16nm，可提供更多的电化学活性位点，有利于离子的嵌入/脱出反应。
18、3、通过本工艺制备出的超级电容器具有优异的电容性能和循环稳定性(电容保持率90.7％)。
19、4、本工艺制备的vox ssc的能量密度和功率密度优异，具有较高的实用价值。
20、5、本工艺制备二维vox纳米带，拓宽了电极材料的选择范围；结合丝网印刷组装对称型纽扣超级电容器，为印刷超级电容器的研究提供了新工艺，具有极大的应用价值。
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1.一种基于二维VOx纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于二维VOx纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中，使用无水乙醇离心的转速为7500-8500r/min。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维VOx纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：所述步骤S2中，所述基底为泡沫镍，印刷面积为1.0cm×1.0cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维VOx纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：所述步骤S2和S3中，所述丝网版规格为60-150目。
5.根据权利要求1所述的一种基于二维VOx纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：所述泡沫镍圆片直径为12mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维VOx纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：还包括电化学性能测试步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于二维vox纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于二维vox纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：所述步骤s1中，使用无水乙醇离心的转速为7500-8500r/min。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维vox纳米带超级电容器的印刷制备工艺，其特征在于：所述步骤s2中，所述基底为泡沫镍，印刷面积为1.0cm×1.0c...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈良哲，涂倩，张强，王婧璐，林宝莹，黄少云，
申请(专利权)人：荆楚理工学院，
类型：发明
国别省市：
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