[发明专利]一种自充电超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自充电超级电容器及其制备方法。本发明的自充电超级电容器的组成包括依次设置的第一柔性基底、第一电极、ZnO压电纳米发电机、第二电极和第二柔性基底，还包括固态电解质；所述第一电极、ZnO压电纳米发电机和第二电极均设置在固态电解质内部；所述第一电极和第二电极均由若干表面生长有NiO纳米片的ZnO纳米棒组成。本发明的自充电超级电容器的器件集成度高、能量传输损耗小、基于ZnO优化后的器件性能优异，制备工艺简单，且柔性基底和无毒无害的ZnO纳米结构非常适合用于可穿戴电子产品。

技术领域

本发明涉及能量储存器件技术领域，具体涉及一种自充电超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器(SCs)具有充放电速度快、使用寿命长、循环稳定性好、体积小、功率密度大等优点，被认为是极具前景的可充电电池替代品，在新能源汽车、穿戴电子、航空航天设备等领域的应用越来越广。超级电容器与传统电容器相比，静电容量更高。超级电容器与电池相比，功率密度更高，循环寿命更长。然而，传统的超级电容器通常只具有能量存储的功能，并不能自发产生能量，应用具有一定的局限性。

自充电超级电容器是一种新兴的超级电容器，不仅可以进行能量存储，而且还可以实现自充电，应用前景更加广阔。然而，现有的自充电器件通常采用的是能量转换和能量存储分离的设计方案，能量转换和能量存储两部分之间存在外部电路，会导致能量损耗以及器件整体效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自充电超级电容器及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种自充电超级电容器，其组成包括依次设置的第一柔性基底、第一电极、ZnO压电纳米发电机、第二电极和第二柔性基底，还包括固态电解质；所述第一电极、ZnO压电纳米发电机和第二电极均设置在固态电解质内部；所述第一电极和第二电极均由若干表面生长有NiO纳米片的ZnO纳米棒组成。

优选的，所述第一柔性基底为碳纤维布、石墨烯基底、碳纳米管基底、多孔碳基底中的一种。

进一步优选的，所述第一柔性基底为碳纤维布。

优选的，所述第一柔性基底与第一电极连接。

优选的，所述ZnO压电纳米发电机的组成包括聚偏二氟乙烯基体和设置在聚偏二氟乙烯基体内部的若干ZnO纳米棒。

优选的，所述ZnO压电纳米发电机呈薄膜状。

优选的，所述第二柔性基底为碳纤维布、石墨烯基底、碳纳米管基底、多孔碳基底中的一种。

进一步优选的，所述第二柔性基底为碳纤维布。

优选的，所述第二柔性基底与第二电极连接。

上述自充电超级电容器的制备方法包括以下步骤：

1)将可溶性锌盐加水制成溶液，再将柔性基底浸入溶液中，进行浸泡，再取出柔性基底进行退火，得到生长有ZnO种子的柔性基底；

2)将可溶性锌盐、六次甲基四胺和氨水加入反应釜，再加入生长有ZnO种子的柔性基底，进行水热反应，得到生长有ZnO纳米棒的柔性基底；

3)将可溶性镍盐和过硫酸钾加氨水制成溶液，再将生长有ZnO纳米棒的柔性基底浸入溶液中，进行浸泡，再取出柔性基底进行退火，得到电极-柔性基底复合结构；

4)将聚偏二氟乙烯和ZnO纳米棒分散在溶剂中，再注入模具，进行干燥成型，得到ZnO压电纳米发电机；

5)将聚乙烯醇和氢氧化钾加水制成凝胶电解质；

6)将ZnO压电纳米发电机夹在两块电极-柔性基底复合结构中间，再充入凝胶电解质，进行干燥，直至凝胶电解质变成固态，再引出电极并进行封装，即得自充电超级电容器。