[发明专利]一种柔性超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开一种柔性超级电容器及其制备方法，其特征在于所述的柔性超级电容器以纸张作为基底；所述的制备方法，包括以下步骤：用普通铅笔芯在纸张基底上通过掩模板涂画形成均匀的叉指状石墨电极；通过电化学沉积的方法在叉指石墨电极上镀上一层MnO₂；配制超级电容器的凝胶电解质；在电极材料表面涂覆凝胶电解质同时作为保护薄膜，组装成平面超级电容器。本发明提供的制备方法，工艺简单、成本低廉，并且制得的柔性超级电容器具有循环充放电性能稳定、机械性能良好、器件可降解等显著优点。

技术领域

本发明涉及一种柔性超级电容器及其制备方法，属于电化学储能技术领域。

背景技术

随着不可再生能源的逐渐消耗，具有环保、可再生、广泛存在等优点的新能源如太阳能、水能、风能、潮汐能等的开发和利用，受到了人们越来越多的关注。能源的产生和利用必然伴随能源的存储。超级电容器(Supercapacitors)，又叫电化学电容器，是一种电化学储能技术，具有能量密度大、功率密度高、充放电时间短等特点，有望在未来的能量存储中发挥重要的作用。超级电容器根据不同的存储机理可分为电双层电容器(electrostaticdouble-layer capacitor)和赝电容器(electrochemical pseudocapacitor)；根据结构的不同可以分为层状结构(类似“三明治”)和叉指结构(平面结构)。近来，随着柔性器件发展，微型化、可折叠、环保等特点的储能器件得到了越来越多的关注和研究。

石墨烯由于具有高比表面积、柔性好、良好的导电性以及稳定的化学特性，被认为是超级电容器的最佳电极材料。但是，目前制备石墨烯的方法主要是机械法和化学法。它们都存在生产效率低、成本高等缺陷，从而限制了其在超级电容器上进一步应用；其次，大多数的柔性超级电容器都是基于层状结构，在弯折过程中层状结构容易发生滑移从而影响其性能。相比于电双层电容器(对称型)，赝电容器可以提供更高的能量密度和功率密度，这也是目前研究的热点之一。

发明内容

技术问题：针对现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种柔性超级电容器及其制备方法，其特征在于所述的柔性超级电容器以纸张作为基底，在纸质基底上通过掩模板用铅笔芯涂画方式形成叉指状石墨烯电极，在此电极上电沉积MnO₂，制成超级电容器电极。本发明提供的制备方法，工艺简单、成本低廉，并且制得的柔性超级电容器具有循环充放电性能稳定、机械性能良好、器件可降解等显著优点。

技术方案：本发明的一种柔性超级电容器以纸张作为基底，在纸张上涂覆图案化的石墨电极，在石墨电极上镀有活性储能材料，电解质为凝胶电解质。

本发明的一种柔性超级电容器的制备方法包含以下步骤：

1)用普通铅笔芯通过掩模板在纸张上涂画，形成叉指状石墨电极；

2)将乙酸锰Mn(CH₃COO)₂溶于去离子水配置成电解液-乙酸锰溶液；

3)选取步骤1)制得的涂有叉指状石墨电极的纸质基底，使用步骤2)配制的电解液，通过电化学沉积的方法在石墨层上镀上MnO₂，制得的电极材料样品；

4)将步骤3)制得的电极材料样品在去离子水中清洗，并在室温中干燥；

5)配制超级电容器的凝胶电解质；

6)将步骤4)制得的电极材料样品作为电极，在电极表面涂覆步骤5)配制的电解质，电解质同时可作为保护薄膜，组装成超级电容器。

其中：步骤5)所述的电解质为磷酸、聚乙烯醇和去离子水的混合物，所述磷酸、聚乙烯醇和水的质量比为(1～3):1:10；溶解温度为80～90^oC。

所述磷酸的质量百分比浓度为85～90wt％，所述聚乙烯醇的分子量为100000～150000。