[发明专利]基于金属织物的固态柔性超级电容器及其制备方法和应用

说明书

基于金属织物的固态柔性超级电容器及其制备方法和应用，涉及超级电容器。所述基于金属织物的固态柔性超级电容器，包括2片相同材料的电极和涂覆于2片电极之间的电解质层。制备方法：1)通过电沉积，在金属织物上电沉积聚3,4‑乙撑二氧噻吩，得到金属织物/聚3,4‑乙撑二氧噻吩复合物，以此作为电极材料；2)在金属织物/聚3,4‑乙撑二氧噻吩复合物的空隙和表面涂布聚偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯/1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐的凝胶状电解质材料，得到带有电解质的电极；3)将2片由步骤2)得到的带有电解质的电极组装在一起，得到基于金属织物的固态柔性超级电容器。可在制备柔性可穿戴电子器件的储能设备中应用。

技术领域

本发明涉及超级电容器，尤其是涉及一种基于金属织物的固态柔性超级电容器及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球人口和经济的快速增长，人们对能源的需求不断增加。然而，传统的化石燃料是不可持续的能源，因此，为了获得可再生能源，例如太阳能、风能、潮汐能等，全球科学家们付出相当大的努力，一直致力于开发新技术。当前面临的主要挑战之一是这些可再生能源是间歇性的，且受到自然环境条件严重制约。而这些可再生资源的区域分布失衡则是我们面临的另一个主要问题。因而，开发高效率、稳定和环境友好型的储能装置对推进可再生的能源发展至关重要。

超级电容器，或称为电化学电容器，正在成为一类重要的能量存储装置。超级电容器作为传统电容器和电池之间的纽带，起到了重要而独特的地位。相较于传统的电容器，所述超级电容器能量密度高出几个数量。此外，超级电容器独特的电荷存储机制，使它们能够在短时间内存储和提供大量电荷。因此，它们比电池能提供更高的功率。超级电容器在各种实际生产中存在潜在应用，包括后备电源系统、电动车辆和混合动力电动汽车和工业能源管理系统等。

为了满足便携式电子设备，如移动电话、可佩戴电子设备和柔性显示器的快速增长的需求，发展高性能、轻质、安全的能源设备是至关重要的。然而，以前的研究主要集中在基于液体超级电容器，如用水溶液、有机溶液或离子性液体作为电解质。这些超级电容器有两个主要的缺点限制了它们在便携式电子设备中的应用。首先，大部分的电解质毒性高和腐蚀性强，所以设备制造时通常采用高成本的包装材料和技术以避免有可能泄漏的电解质；其次，由于包装问题，所以很难采用液体电解质制造小型的、柔性的超级电容器器件。近几年，固态柔性超级电容器已成为一类新的能量储存装置并引起极大的关注。相较于传统的超级电容器，固态柔性的超级电容器具有尺寸小、重量低、易处理、可靠性好、操作温度宽等优点。它们在柔性和可穿戴电子产品的能量储存装置中具有巨大的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属织物的固态柔性超级电容器及其制备方法和应用。

本发明采用如下技术方案：

所述基于金属织物的固态柔性超级电容器，包括2片相同材料的电极和涂覆于2片电极之间的电解质层；电极的材料为复合物，该复合物为金属织物上电沉积聚3,4-乙撑二氧噻吩的复合物，电解质层为凝胶状电解质层，电解质层的电解质材料为聚合物，该聚合物为聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯/1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

所述金属织物的材料为铁、铜、铝中的至少一种。

所述基于金属织物的固态柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

1)通过电沉积，在金属织物上电沉积聚3,4-乙撑二氧噻吩，得到金属织物/聚3,4-乙撑二氧噻吩复合物，以此作为电极材料；

2)在金属织物/聚3,4-乙撑二氧噻吩复合物的空隙和表面涂布聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯/1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的凝胶状电解质材料，得到带有电解质的电极；

3)将2片由步骤2)得到的带有电解质的电极组装在一起，得到基于金属织物的固态柔性超级电容器。

在步骤1)中，所述电沉积采用的电聚合溶液按质量比的组成如下：