[发明专利]基于NiHCF的印刷柔性超级电容器的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于NiHCF的印刷柔性超级电容器的制备方法及应用，从提升电极材料本身的电化学性能出发，本发明所提出的策略主要是使用NaOH碱溶液对前驱体NiHCF纳米立方体进行刻蚀，制备了电化学性能优异的具有异质结构的NiHCF纳米电极材料，随后将该电极材料配制成粘度范围在10‑40Pa.s，固含量为30％左右的丝网印刷油墨，最后通过印刷得到叉指和夹层结构的超级电容器，具有3mF cm^‑2的大面积比电容。该印刷超级电容器弯折至180°，仍可稳定的驱动LED灯。本发明为低成本、大批量柔性印刷超级电容器的制备提供了新的技术支持。

技术领域

本发明涉及印刷储能器件技术领域，具体涉及一种基于NiHCF的印刷柔性超级电容器的制备方法及应用。

背景技术

随着物联网技术的发展，人们对可穿戴电子设备的需求日益增加，例如柔性显示器、可穿戴传感器和可植入医疗设备等。然而，由于轻薄、柔性和稳定的储能设备的缺乏，阻碍了下一代可穿戴电子设备的发展。因此，开发低成本、高性能、稳定和安全的柔性能源设备仍然是满足当前柔性可穿戴电子设备实际应用要求的重大挑战。目前市场上常用的柔性能源设备主要有柔性锂离子电池和柔性超级电容器，柔性超级电容器(FlexibleSupercapacitors,FSCs)因其充放电速度快、轻薄、易于集成、功率密度高和安全的优点逐渐成为最有前途的可穿戴能源设备。目前柔性超级电容器的制造方法主要有传统的激光刻蚀、涂布和掩模版法，这些方法因设备昂贵或制备过程繁琐，都不能实现柔性超级电容器的批量化生产。与传统制造方法不同，印刷电子为FSCs的制造提供了一种低成本且可快速大批量生产的解决方法。

一般来说高性能印刷FSCs的制备主要取决于高性能电极材料的开发与设计和功能油墨的成功配制，其中电极材料是决定最终印刷器件性能的核心部件。普鲁士蓝类似物(PBA，A_xM₁[M₂(CN)₆]_y·nH₂O：A：碱金属；M：过渡金属；0≤x≤2；y≤1)，具有开放框架、理论比电容高和合成方法简单、成本低的优点，是一个很有前途的电极材料，引起了研究人员的广泛关注。然而，PBA对其低自旋氧化还原电子对(Fe ^LS(C))的利用不足，导致其电容量下降和倍率能力受限。目前许多研究人员通过复合碳材料或其他电极材料来增加其活性位点，提升其储能性能，但这都是从外部来优化，并没有从本质上改善PBAs的电化学性能。根据赝电容的充放电机理，电解质离子是从电极材料的表面发生可逆的氧化还原反应来进行储能，因此本发明提出了一种简单的碱刻蚀的策略来增加PBAs电极材料表面的氧化还原位点，从而提升其电化学性能。并且成功地将该功能材料配制成可印刷的功能油墨来制备印刷柔性超级电容器，为可穿戴电子设备的储能应用提供技术研究基础。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是实现高性能NiHCF基印刷柔性超级电容器的制备，解决如何提高PBAs电极材料自身的储能性能的问题并将其配制成可印刷的功能油墨。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于NiHCF的印刷柔性超级电容器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：前驱体NiHCF的合成：首先将2.42g的Na₃[Fe(CN)₆]·10H₂O溶解在250mL的超纯水中，搅拌5分钟，得到澄清的溶液A；随后将5.88g的Na₃C₆H₅O₇和1g的NiCl₂·6H₂O溶解在250mL的超纯水中，超声搅拌形成均匀的溶液B；然后将溶液B缓慢的滴加到溶液A中，在室温下老化48h，得到蓝色的沉淀；用8000r离心收集所得到的沉淀物，并用水和乙醇各清洗三次，最后将样品在100℃真空中干燥24h，即得到蓝色的纳米立方体结构的NiHCF前驱体；