[发明专利]一种多肽电极、由其所制备的超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开一种多肽电极、由其所制备的超级电容器及其制备方法，所述多肽电极包括导电基底；由多肽通过自组装方式在所述导电基底上形成的多孔网状纤维结构的多肽层；以及通过原子层沉积方式在所述多肽层表面沉积的二氧化钛层。本发明的多肽电极由纳米纤维结构的多肽层和二氧化钛层组成，既保留了多肽纤维的良好的导电性、力学性能、可再生性、无污染无毒等优点，又有效地抑制了多肽纤维在充放电过程中溶解的缺陷，并进一步增加了比容量、稳定性和循环性，可用于制备柔性、稳定、长效循环的双电层超级电容器。

技术领域

本发明涉及储能装置技术领域，特别地，涉及一种多肽电极、由其所制备的超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)是一种主要依靠双电层电容和氧化还原赝电容进行电荷储存的新型储能装置。作为一种新型绿色的储能器件，超级电容器兼有电池的高比能量和传统物理电容器高比功率的优点。自本世纪初美国Maxwell、日本NEC及松下公司推出成熟的市场产品后，超级电容器已经成功应用于混合动力汽车、风力发电、太阳能发电、军工、智能电网及工业UPS等领域，并在工业控制、电力、交通运输、智能仪表、消费类电子产品、国防、通信等众多领域具有巨大的应用价值和市场潜力。

随着柔性电子学的发展，可穿戴电子设备正在飞速进入人们的生活。为了实现可穿戴器件的产品化，其供能部件也需要柔性化和高性能化，因此，高性能的柔性储能器件将越来越显示出其潜在的市场价值。超级电容器作为一种新型的电能存储器件，能量密度高于传统的平行板电容器，功率密度和使用寿命优于锂离子电池，因而被广泛的研究。然而，超级电容器在遭受弯曲变形以后，高分子电解质层保持良好，电极材料结构往往被破坏，储能特性下降。电极材料力学性能的欠缺严重限制了超级电容器在柔性可穿戴领域的应用。因此，兼具力学特性与储能特性的柔性超级电容器的研制，仍然面临巨大的挑战。

随着对超级电容器电极材料和器件结构的深入研究，研究者认识到要提高电容器的综合性能，关键在于寻找合适的电容器电极材料。目前，超级电容器的电极材料可分为三类:多孔碳材料(活性炭、碳纤维、碳纳米管等)，金属氧化物(MnOx、RuO2、IrO2、VOX等)以及导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等)。多孔碳材料和金属氧化物作为电容器电极的研究已有较多的报道，而导电聚合物作为电容器电极的研究相对起步较晚。由于导电聚合物材料具有成本低、比容高、充放电时间短等优点，近年来成为超级电容器电极材料研究的热点。

基于生物材料的超级电容器或者电池受到越来越多的关注。生物材料具有无机材料不具有的优点，如下：1.生物材料是可再生的；2.生物材料无毒，当生物材料进入自然圈，是可以降解的，不会污染环境；3.生物材料密度较小，相应的比容量更大；4.生物材料结构可调，通过组成基本单元的调控，可以调控生物材料的宏观性质；5.生物材料可以作为模板合成结构更加丰富的复合材料。综上所述，生物材料成为目前研究最热的材料之一。其在电学、光学、信息科学、健康科学等领域发挥越来越重要的作用。

多肽纤维，即由多肽分子在溶液中经自组装形成了一维纳米线的结构。自组装多肽分子具有制备容易，一定的导电性，结构可控的特点，其作为电容器电极材料的特性越来越受到重视。其中，以二苯基丙氨酸(FF)为代表的二肽研究最多。来自以色列的科学家使用FF自组装形成的纳米管作为电容器电极材料，得到了大于1000μFcm-2的面积比电容。同时，他们基于FF超级电容器的性质，结合锂离子电池的特性，开发了一种新型的多肽锂离子超级电容电池。