[发明专利]一种微型非对称超级电容器的制备方法、微型非对称超级电容器及其应用

说明书

本发明公开了一种微型非对称超级电容器的制备方法、微型非对称超级电容器及其应用,首先采用二氧化锰碳复合材料制作正极浆料基于丝网印刷技术打印在金基底上作为正极，氮化钒纳米线制作负极浆料基于丝网印刷技术打印在金基底上作为负极，基于镁离子的PAM凝胶电解质作为电解液，制备出的微型非对称超级电容器具有良好的柔性和机械性能；由于镁离子在氮化钒层间的赝电容脱嵌行为，形成了高的能量密度兼具高的功率密度；应用方面将柔性的微型非对称超级电容器和柔性硅太阳能电池集成，形成全柔性的自供电能量单元，具有高柔性，便携性等特点。

技术领域

本发明属于自供电可穿戴能源领域，具体涉及一种微型非对称超级电容器的制备方法、微型非对称超级电容器及其应用。

背景技术

近年来，随着柔性电子技术的快速发展，人们对于具有高柔性，高安全性，高效率的可穿戴储能系统需求日益上升；同时为了满足即时的能量需求，储能系统与能量转化系统的相互集成也逐渐成为热点。这些集成系统能够同时转化能量(如太阳能，热能，风能等)和存储能量(电能)，形成无需外加电源的自供电能量单元，在越来越多的场合发挥着重要作用。

但是，目前的自供电能量单元大多是能量转化系统和能量储存系统刚性连接，系统笨重而复杂，无法用于可穿戴的应用场景，同时还存在整体的转化效率低下，使用寿命十分有限(主要是由于储能系统主要是主流的电池，例如锂离子电池，钠离子电池)和安全性问题(基于有机的电解液体系，低闪点，易挥发，易燃，对人体有毒等)。

因此，水系的超级电容器在自供电能源领域成为比较合适的储能系统，首先是它拥有高的安全系数，同时清洁无污染(基于水系电解液体系)；其次是水系超级电容器具有优越的循环稳定性(大于10000圈)和极高的功率密度(相比于电池体系)；最后是水系超级电容器可以灵活的被设计成各种结构，能够与其他系统达到一个良好的集成，充分发挥优势。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的缺陷，提供了一种水系的微型非对称超级电容器的制备方法、微型非对称超级电容器及其应用。

本发明的第一个目的在于提供一种微型非对称超级电容器的制备方法，它包括以下步骤：

(a)将基底清洗干净，随后在基底表面沉积金纳米颗粒，形成金基底；

(b)将二氧化锰碳复合材料、导电炭黑、粘结剂混合均匀形成正极浆料，采用丝网印刷的方法将所述正极浆料打印在所述金基底上形成正极部分，干燥；

(c)将氮化钒纳米线、导电炭黑、粘结剂混合均匀形成负极浆料，采用丝网印刷的方法将所述负极浆料打印在所述金基底上形成负极部分，干燥；

(d)将丙烯酰胺单体与淀粉进行原位聚合形成PAM凝胶，将所述PAM凝胶浸入MgSO₄电解质中达到离子平衡，从而形成基于镁离子的PAM凝胶电解质；

(e)将所述PAM凝胶电解质涂敷在经过以上步骤的所述金基底上，将步骤(b)中的正极、步骤(c)中的负极分别通过铜导电胶带引出，从而形成微型非对称超级电容器。

具体地，打印在所述金基底上的所述二氧化锰碳复合材料和打印在所述金基底上的所述氮化钒纳米线的质量比为1:1.7-2.3。

具体地，所述MgSO₄电解质的浓度为0.8-1.2mol/L。

具体地，步骤(b)中，所述二氧化锰碳复合材料为纳米花状的MnO₂，其制备过程如下：将GO水悬浮液加入到去离子水中，再加入KMnO₄和尿素进行搅拌得到第一溶液，将所述第一溶液转移到110-130℃的高压釜中进行水热反应10-14h，然后再进行洗涤、干燥得到所述纳米花状的MnO₂。