[发明专利]一种纸基柔性平面超级电容器制备方法

说明书

一种纸基柔性平面超级电容器制备方法，属于能源技术领域。制备步骤如下：在具有多孔结构的纸面上打印叉指电极结构，然后用手工切割或激光切割方法得到可折叠叉指电极模型，将叉指电极模型折叠形成立体结构，将电极浆料涂覆在立体叉指电极模型两面，干燥处理，然后将干燥后立体叉指电极结构在纸平面上复原，在电极两面涂覆电解质，干燥。采用该方法可以制备对称型和非对称型平面超级电容器。制备方法工艺简单，成本低，制备的超级电容器比电容大、柔性好、循环稳定性高。

技术领域

本发明涉及一种纸基柔性平面超级电容器制备方法，属于能源技术领域。

背景技术

可穿戴、便携式智能电子设备的发展急需与之相匹配的储能与供电装置。柔性超级电容器作为一种新型储能器件，具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、柔韧性高、可微型化等优点，被认为是便携式和可穿戴电子设备的优选能源器件。柔性超级电容器需要弹性基体支撑。相对于聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺等有机弹性基体而言，纸材料具有成本低、环境友好、质量轻、柔性好等显著优势，同时其粗糙的表面能够增强材料间的结合力，多孔纤维微结构有利于电解质渗入提高反应活化面积并促进离子传输，因此纸基超级电容器成为柔性超级电容器的重要发展方向。

相对于三明治结构超级电容器而言，具有叉指电极的平面超级电容器具有结构和性能稳定、易于微型化和集成化制备等显著优势，因此成为微型化柔性超级电容器的首选构型。

电极材料种类与微观结构是决定超级电容器储能机制、性能与循环稳定性的关键材料因素。Zhaoyang Liu 等人（Advanced Materials 2016, 28, 2217）采用模板辅助喷涂打印方法在纸基底上制备了由石墨烯与电化学活性有机高分子PH1000构成的复合叉指电极阵列，然后滴加聚乙烯醇-硫酸电解质，构成平面超级电容器；该方法制备的平面超级电容器虽然比电容较高，但制备过程中需要硬质模板辅助，而模板采用传统光刻技术制备，需要特殊设备，工艺复杂；另外，电极中加入了价格昂贵的PH1000高分子材料，进一步增加了制备成本；并且，喷涂打印所用的电极浆料容易在纸基底上扩散，将降低叉指电极结构的分辨率，从而影响超级电容器性能。Ruisheng Guo等人（Adv. Funct. Mater. 2017,1702394）采用模板辅助丝网印刷方法在用聚合物改性过的纤维素表面制备了具有催化性能的(NH₄)₂PdCl₄-聚乙二醇叉指阵列结构，然后对阵列结构进行空气等离子体处理去除聚合物中的季铵根离子，再通过无电沉积-电沉积操作得到Ni叉指电极阵列结构，最后采用电沉积方法在Ni叉指电极阵列上制备MnO₂活性材料；采用该方法虽然抑制了电极溶液在纸基上的扩散，获得性能优良的微型化柔性平面超级电容器，但是，整个制备过程涉及纤维素纸的预处理、模板辅助丝网印刷、等离子处理、无电沉积、电沉积等一系列步骤，制备工艺复杂，成本高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种纸基柔性平面超级电容器制备方法，该制备方法应简化超级电容器制备工艺、降低制备成本，同时通过立体折纸方法有效避免电极溶液在纸质基底上的渗透扩散问题，提高叉指电极阵列的质量和分辨率，进而优化超级电容器的性能。

本发明采用的技术方案是：一种纸基柔性平面超级电容器制备方法，在具有多孔结构的纸基材料上打印叉指电极结构模型，切割得到可折叠叉指电极模型，将叉指电极模型沿着切割线折叠，形成立体结构电极模型，然后将烯电极浆料涂覆在立体电极模型上，干燥处理，将干燥后的立体电极在纸面上复原，得到平面叉指电极，最后在电极两面涂覆电解质，干燥处理，得到纸基柔性平面超级电容器；所述纸基柔性超级电容器的具体制备步骤如下：

步骤一、叉指电极模板的制备

利用打印机在具有微孔结构的纸基材料表面打印设计好的叉指电极阵列结构，然后用手工切割或激光切割方法得到可折叠的电极模型，其中指电极宽度为0.2-1.2mm，指电极间距为0.2-1.5cm, 指电极长度为0.5-4cm；