[发明专利]一种基于碳基复合电极的柔性超级电容器及制备方法

权利要求书

1.一种基于碳基复合电极的柔性超级电容器，其特征在于，所述的柔性超级电容器包括碳纤维/导电石墨/石墨烯/MnO₂复合电极、PVA凝胶固态电解质和PDMS柔性封装，PVA凝胶固态电解质两侧均用所述复合电极包覆形成三明治结构后，进行PDMS柔性封装，且在封装过程中引出电极用作充放电端口。

2.一种权利要求1所述基于碳基复合电极的柔性超级电容器的制备方法，如权利要求1中所述的碳纤维/导电石墨/石墨烯/MnO₂复合电极制备方法，按照以下步骤进行：

步骤1：碳纤维/导电石墨/石墨烯/MnO₂复合电极的制备

（1）将柔性碳布进行亲水化处理并烘干，具体为：先将所述碳布用丙酮浸泡10~20min后，再用去离子水冲洗，并烘干；

（2）将处理后的柔性碳布用10%~20%蔗糖溶液进行浸泡，用激光雕刻机对碳布表面包覆的蔗糖进行激光烧蚀；其中，激光雕刻机的激光功率为50%~80%，雕刻深浅为10.0~20.0；

（3）配制溶于聚酰胺酸甲基吡咯烷酮的氧化石墨烯和PI胶溶液；其中，所述溶液中氧化石墨烯和PI胶的质量比为1:1~2；

（4）将步骤（2）处理过的所述碳布放入步骤（3）溶液中浸泡10~20min后，在氮气环境进行高温处理，将氧化石墨烯和PI胶碳化，碳化参数：在氮气环境中20min加热至400℃，而后30min 加热至500℃，60min加热至650℃，最后15min加热至1000℃并保温1小时，得到具有大比表面积的导电碳纳米结构；

（5）在经步骤（4）处理的所述碳布的导电碳纳米结构表面电化学沉积MnO₂，100s~300s在导电的碳纳米结构表面形成具有赝电容效应的MnO₂薄层，

得到碳纤维/导电石墨/石墨烯/MnO₂复合电极；

步骤2：PVA凝胶固态电解质的制备

（1）将PVA溶解在去离子水中，水浴80~90℃加热搅拌；其中，PVA和去离子水质量比为1∶19~20；

（2）将步骤（1）得到的PVA溶液滴加磷酸溶液，并继续加热至50℃~80℃缓慢搅拌，多次称量计算溶液的含水量；其中H₃PO₄的质量为PVA的6~6.5倍，溶液含水量为45~55%；

（3）将步骤（2）得到的溶液滴加戊二醛溶液，并缓慢搅拌2~3min；其中，步骤（2）得到的溶液体积与戊二醛溶液体积比为200:1~1.5；

（4）将步骤1制得的所述复合电极剪裁成两片，将一片放置在模具里用作下侧电极，将步骤（3）搅拌后的溶液涂覆在下侧电极2/3或3/4的面积，剩余面积用作电极引出；在室温的条件下，2~3min所涂覆的溶液即可形成固态凝胶电解质；其中，涂覆的厚度为4~6mm；再将另一片复合电极放置在形成的固态凝胶电解质上用作上侧电极；制得待封装的柔性超级电容器；

步骤3：柔性PDMS封装

（1）选择硅胶PDMS，其基本组分与固化剂的质量比为12~13:1，将基本组分与固化剂混合搅拌均匀；

（2）将步骤（1）得到的混合物抽真空处理30~40min，去除气泡后，铺设在模具底部，厚度为1~3mm，60℃加热1h~2h使其凝固，将待封装的超级柔性电容器置于凝固层上后，向模具中再铺设处理后的混合物，厚度为1~3mm，水平静置20-40小时，制得所述基于碳基复合电极的柔性超级电容器。