[发明专利]一种电磁屏蔽的自供电可穿戴器件的制备方法

说明书

本发明的一种电磁屏蔽的自供电可穿戴器件的制备方法属于可穿戴设备和便携式电子设备的微电源制备技术领域。有制备阳极电极、制备阴极电极、制备凝胶电解质、组装全固态柔性超级电容器、与太阳能电池构成自供电储能器件、与压力传感器构成可穿戴器件等步骤。本发明所制备的自供电可穿戴器件具有能量密度高、柔性可穿戴、使用寿命长和循环稳定性好等优点，且无需外部供电系统，同时还能屏蔽电磁辐射对人体的损害，可以安全地用于孕妇生理信号的检测。

技术领域

本发明属于可穿戴设备和便携式电子设备的微电源制备技术领域，具体来说，涉及一种电磁屏蔽的自供电可穿戴器件的制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，近年来国内外掀起了一股研究可穿戴器件研究热潮，具有不同功能的可穿戴设备已经从各个方面进入到人们的生活。对于商业化的可穿戴设备来说，其器件一般是由供电部分、储能部分和功能单元三个基本组成部分。以典型的可穿戴设备智能电话手表为例，它的供电部分是主要以锂离子电池为主。然而随着可穿戴设备的进一步发展，锂离子电池逐渐显示出其瓶颈如内部阻抗高，放电过程中自身消耗能量高，安全性较差，工作电压变化较大，以及生产要求条件高和成本较高。由此可见，急需开发一种新型、安全、低成本的储能器件，使其适用于商业可穿戴设备，继而取代现有锂离子电池已经成为研究热点。

超级电容器作为新型储能器件，具有较高的功率密度、内部耗能小、较长的循环寿命、安全性好、工作时无污染、无排放、绿色环保、生产成本低等优点，其作为电源和储能器件的应用领域日益广泛，市场前景不可估量，必将对电力电子技术和可穿戴设备的发展产生深远的影响。传统超级电容器由于受限于其双电层的离子吸附机制，造成了其较低的比电容(一般大约为150F/g)。目前所报道的基于碳质材料的微型超级电容器的能量密度较低，一般仅为10wh/Kg，远远小于锂离子电池100wh/kg的能量密度，因此很难满足日益发展的柔性和可穿戴器件对其作为电源续航指标的要求。虽然赝电容材料具有比碳质材料较高的比电容和较高的能量密度，但是其较差的电导率和较差的结构稳定性，造成了基于赝电容材料的微型超级电容器的寿命较短(通常只有几千个循环周期)，极大地限制了其应用范围。同时，基于这二种类型的超级电容器作为可穿戴设备的储能器件为功能单元供电时，不仅会产生电磁脉冲损害人类的健康，还会造成个人相关信息的泄密，这也是现如今大多是可穿戴电子设备很难克服的缺点。另外，随着可穿戴设备的集成度越来越高，如何有效地避免各种功能器件之间的电磁干扰，也已经引起了科学家们的重视。

发明内容

本发明所要解决的问题是，克服背景技术柔性可穿戴超级电容器的制备工艺复杂、寿命较短、成本较高和对人体健康有电磁损害，不适合大规模可穿戴的商业化应用等缺点，提供一种基于柔性超级电容的具有电磁屏蔽功能的自供电可穿戴器件的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种电磁屏蔽的自供电可穿戴器件的制备方法，步骤有：

(1)制备阳极电极：首先将含有镍源和钴源的试剂都溶解于去离子水中，使镍源的浓度为1.56mmol/L，钴源的浓度为0.78mmol/L，持续搅拌，再加入环六亚甲基四胺，使其浓度为4.16mmol/L，再以此为电解液在三电极系统下在防辐射服布上电沉积电极材料，经清洗、干燥后，获得阳极电极；

(2)制备阴极电极：将硝酸铁溶解于去离子水中，得到浓度为100mmol/L的硝酸铁电解液，持续搅拌，再以此电解液在三电极系统下在另一块防辐射服布上电沉积阴极电极，经清洗、干燥后，获得阴极电极；

(3)制备聚乙烯醇-氢氧化钾凝胶电解质：取相同质量的聚乙烯醇和氢氧化钾，将聚乙烯醇加入到去离子水中，在90℃条件下恒温搅拌2小时得到聚乙烯醇透明溶液，其中，每克聚乙烯醇使用10mL去离子水；再用去离子水配制氢氧化钾溶液，其中每克氢氧化钾使用1mL去离子水；将所配制的聚乙烯醇透明溶液与氢氧化钾溶液混合并充分搅拌，获得聚乙烯醇-氢氧化钾凝胶电解质；