[发明专利]超级电容器、能源包、自充电能源包及其制备方法

说明书

超级电容器、能源包、自充电能源包及其制备方法，其中超级电容器包括：叉指电极集流体，该叉指电极集流体采用透明导电材料；活性电极，覆盖于叉指电极集流体上方，该活性电极采用电致变色材料；以及固态电解质，分布于活性电极上表面。本公开的超级电容器的活性电极采用电致变色材料，从而在超级电容器的充电过程中，活性电极的颜色会随超级电容器存储状态的改变而发生变化，从而可直接客观的反应出超级电容器的电量存储状态。

技术领域

本发明属于绿色新能源领域，更具体地涉及一种超级电容器、能源包、自充电能源包及其制备方法。

背景技术

随着能源危机与环境污染问题的日趋严峻，人们发展绿色能源收集与储存技术的愿望日趋强烈。

相比于传统的电磁式发电机，纳米发电机不受天气和恶劣工作环境的影响，它不仅可以将高频率运动的机械能转化为电能，而且可以用来收集低频率运动的机械能，因此纳米发电机是一种解决绿色能源收集的有效途径；另外，超级电容器由于它超长的循环使用寿命，超高的比电容量和巨大的功率密度等优点而被广泛研究，因此超级电容器也是一种解决绿色能源收集的有效途径。

最近，集成了能源收集与储存功能的自充电能源包被发明出来以满足便携式设备的使用需求，例如压电驱动的自充电超级电容器单元、一体式可穿戴自充电能源包或自充电能源织物。但是，这些自充电能源包缺少指示储存状态的功能，而在实际使用过程中判断电池是否充满或者电量是否已完全消耗是非常重要的。因此，发明一种可以指示电量储存状态的自充电能源包具有重大意义。

发明内容

基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种超级电容器、能源包、自充电能源包及其制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，本公开提出一种超级电容器，包括：叉指电极集流体，该叉指电极集流体采用透明导电材料；活性电极，覆盖于叉指电极集流体上方，该活性电极采用电致变色材料；以及固态电解质，分布于活性电极上表面。

在本公开的一些实施例中，上述电致变色材料包括过渡金属氧化物、导电聚合物或过渡金属氧化物包覆金属材料的纳米复合材料；优选地，过渡金属氧化物包括氧化镍和/或氧化钨；优选地导电聚合物包括聚苯胺和/或聚3，4-乙烯二氧噻吩；。

在本公开的一些实施例中，上述电致变色材料为氧化镍包覆银的纳米复合材料。

在本公开的一些实施例中，上述叉指电极集流体为平面对称/非对称结构；和/或固体电解质包括聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质和/或聚乙烯醇/氢氧化钠凝胶电解质。

为了实现上述目的，作为本公开的另一个方面，本公开提出一种能源包，包括多个串联和/或并联的超级电容器，该超级电容器为上述提出的超级电容器，其表面封装包覆有包覆层。

在本公开的一些实施例中，上述包覆层的材质包括聚二甲基硅氧烷和/或环氧树脂。

为了实现上述目的，作为本公开的又一个方面，本公开提出一种自供能能源包，包括：纳米发电机，用于在机械力作用下产生电能；上述提出的能源包，贴于摩擦纳米发电机表面，用于存储能量；整流器，与能源包和纳米发电机连接，用于将摩擦纳米发电机产生的电能整流后传输至能源包。

在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机包括混合式摩擦纳米发电机；该混合式纳米发电机包括由压电纳米发电机和摩擦纳米发电机组成的混合式纳米发电机。

在本公开的一些实施例中，上述混合式纳米发电机由共用电极层的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机组成，其包括自下而上的：第一电极层、起电层、第二电极层、压电层、第三电极层和衬底层；其中，第一电极层、起电层和第二电极层构成摩擦纳米发电机；第二电极层、压电层、第三电极层和衬底层构成压电纳米发电机；第二电极层与起电层在外界作用下改变接触/分离状态，压电层中的偶极子在外界作用下改变排列状态。