[发明专利]一种一体化柔性超级电容器及其制备方法

说明书

本发明提供一种一体化柔性超级电容器，它是由全氟磺酸型质子交换膜与聚3,4‑乙烯二氧噻吩复合而成的复合薄膜；该一体化柔性超级电容器的制备方法具体包括：步骤一、质子交换膜刻蚀，步骤二、质子交换膜溶胀，步骤三、复合薄膜制备。该柔性超级电容器在制备时无需整合额外的集流体、导电添加剂、粘合剂等，能够有效简化柔性超级电容器的制备过程、提高制备效率、节约物料成本。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种一体化柔性超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器，即介于传统电容器与充电电池之间的新型储能设备，其既具有电容器快速充放电的特性，又具有电池高效储能的特性。与传统的蓄电池或物理电容器相比，超级电容器的特点主要体现在以下几个方面：一是功率密度高、远高于蓄电池的功率密度水平，二是循环寿命长，三是工作温限宽，四是充放电效率高、对过充电和过放电有一定承受能力、能够稳定反复充放电，五是不使用重金属和其他有害物质、自身寿命长、绿色环保。

随着科技的进步与电子行业的迅猛发展，具备便携式、可穿戴等特点的柔性电子器件正逐步进入人们生活、影响人们生活，因此，研发与之匹配的高容量、小体积且具有柔性特点的储能器件成为目前研究的热点之一。柔性固态超级电容器作为新型储能器件，除了具有高容量、充放电迅速、循环寿命长、安全环保等优点外，还具有良好的形变、弯折与拉伸能力，此外，柔性固态超级电容器能够支撑较小的尺寸，从而便于通过简单的方法制备在柔性、可拉伸、甚至可穿戴等基底上，满足便携式、可穿戴的电子器件的需求。

然而，传统超级电容器在构筑时，往往需要集流体、导电添加剂、活性材料、粘合剂、电解质、隔膜、溶剂等多种物质，造成其物料成本升高且整体结构也相对复杂，同时也导致制备工艺复杂、制备效率低。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种一体化柔性超级电容器，该柔性超级电容器在制备时无需整合额外的集流体、导电添加剂、粘合剂等，从而有效简化柔性超级电容器的制备过程、提高制备效率、节约物料成本。

本发明的另一个目的在于一种上述一体化柔性超级电容器的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种一体化柔性超级电容器，其特征在于：它是由全氟磺酸型质子交换膜与聚3,4-乙烯二氧噻吩复合而成的复合薄膜。

作进一步优化，所述全氟磺酸型质子交换膜的厚度为50～250μm。

上述一体化柔性超级电容器的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、质子交换膜刻蚀：首先，将全氟磺酸型质子交换膜裁剪成矩形，并将裁剪后的全氟磺酸型质子交换膜放入磁控溅射仪腔室中、以全氟磺酸型质子交换膜作为阴极靶；之后，启动磁控溅射仪，利用磁控溅射仪腔室中产生的等离子体对作为阴极靶的全氟磺酸型质子交换膜进行刻蚀；刻蚀 T₁时刻后，全氟磺酸型质子交换膜产生纳米孔道结构，关闭磁控溅射仪；

步骤二、质子交换膜溶胀：将步骤一中经刻蚀后的全氟磺酸型质子交换膜浸没于3,4-乙烯二氧噻吩液体中， T₂时刻后、全氟磺酸型质子交换膜充分溶胀，取出全氟磺酸型质子交换膜，并采用干纸巾将全氟磺酸型质子交换膜表面的游离液滴吸干；

步骤三、复合薄膜制备：将步骤二中得到的全氟磺酸型质子交换膜浸没至 FeCl₃水溶液中， T₃时刻后、取出全氟磺酸型质子交换膜，获得全氟磺酸型质子交换膜与聚3,4-乙烯二氧噻吩组成的复合薄膜。