[发明专利]一种可透气的对称型柔性全固态超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器制备领域，尤其是涉及一种可透气的对称型柔性全固态超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，人类遇到的挑战及亟需解决的问题也越来越多。这其中包括日益枯竭的石油燃料及其衍生出来的环境污染问题。

超级电容器的出现无疑是能源存储领域的一项革命性发展，超级电容器同时具备了较高的功率密度和能量密度，是介于二次电池和传统电容器间的新型储能装置。超级电容器具有循环寿命长、能量密度高、功率密度大、生产成本低、工作温度范围宽和安全、污染小等优点，在过去几十年里受到研究人员的广泛关注，在便携式电子产品、移动通讯和电动汽车等领域中得到广泛应用。

但是随着当今社会科技的应用迅速提高，便携式、可穿戴、可弯曲的电子产品蓬勃发展，很多应用对于储能器件又有了新的要求，在一些特殊的场合就要求其具备良好的柔初性和可弯曲性。从而引发了人们对于柔性超级电容器的研究热潮。此外，相比于传统液态电解液超级电容器，全固态超级电容器由电极、固态电解液、隔离层等全固态结构构成，具有明显的优势，如更小的重量、更高的柔性和安全性,这是因为全固态超级电容器可有效避免电解液泄露造成的短路，不需要额外的包装材料和复杂的后处理，可更好的与小型传感器和小型电子产品集成。因此，柔性全固态超级电容器已经成为柔性储能器件领域的研究重点，并且具有作为新一代柔性、安全、可穿戴式电子设备储能器件的巨大潜力。

而作为可穿戴电子设备的储能器件，透气性是其另外一个重要的性能。最近，纤维状的超级电容器被认为是有潜力的可以达到透气性的器件。然而，这种电容器的制备过程是复杂的、成本较高且不易大批量生产；此外，纤维状的电容器件虽然在透气性方面有优势，却以损失柔性性能为代价。因此，新一代的超级电容器亟需研发。

导电高分子，PPy，聚苯胺(PANI)以及聚噻吩等，由于其优异的赝电容性能以及较好的导电性能，在超级电容器领域受到了广泛的研究。在这些导电聚合物这种，聚吡咯因为其制备简单，成本低廉、良好的电导率以及较宽的电位窗口而受到广泛的研究。与此同时，吡咯链上含有大量的N原子，有利于增加电极材料的亲水性能，从而促进电解液离子的脱吸附，提高电极材料的超级电容器性能。Yuan等人利用“浸入和吸附”的方法，将普通的打印纸浸入含有吡咯单体的溶液中，随和进行聚合物的生长聚合，最终得到一种具有优异性能的柔性平面型的电极材料。但是这种材料不具有透气性，在实际的穿戴应用上还有一定的差距。同时这种方法制备得到的PPy，其电导率也相对较低，因此，电容器的性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可透气的对称型柔性全固态超级电容器及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可透气的对称型柔性全固态超级电容器，所述的超级电容器包括两片电极材料组成的平面状的对称型结构，以及位于两片电极材料之间的凝胶电解液隔膜，所述的电极材料由PPy薄膜沉积到无尘纸上而形成。

所述的凝胶电解液隔膜由H₃PO₄/PVA电解液晾干形成，其中，所述H₃PO₄/PVA电解液由H₃PO₄与PVA按质量比1:1在80℃下溶解，再于室温下自然冷却得到。

可透气的对称型柔性全固态超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

(1)取氧化剂和掺杂剂溶于去离子水中，得到混合液A，再转移至含有预处理后的无尘纸的培养皿中，进行低温预处理；

(2)将吡咯单体分散于正己烷中，低温预处理，得到混合液B；

(3)再将步骤(2)的混合溶液B逐滴加入步骤(1)的培养皿中，静置反应；

(4)反应后，取出反应产物，洗涤，干燥，即得到由沉积聚吡咯的无尘纸构成的电极材料；

(5)再将两片相同的电极材料浸入凝胶电解液中，取出后，两片电极材料分别作为正极和负极面对面放置，中间再涂一层凝胶电解液，干燥，即得到所述超级电容器。

作为上述优选的技术方案，步骤(1)中所述的氧化剂为FeCl₃、FeCl₃·6H₂O或者APS(过硫酸铵)，更优选的氧化剂选用氯化铁，所述的掺杂剂为PTS(对甲苯磺酸)。