[发明专利]可墨水直写打印柔性电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开可墨水直写打印柔性电极及其制备方法和应用，将导电聚合物同轴纳米管和氧化石墨烯经超声搅拌配制成混合凝胶，然后以碳布为基底，墨水直写出特殊结构的凝胶器件，最后在水合肼蒸汽气氛下还原，得到的具有独特形貌的打印器件。本发明的柔性电极尺寸可调，密度可控，具有良好的柔韧性和可弯曲性。

技术领域

本发明涉及柔性电极材料领域，具体地说，涉及一种可用于墨水直写打印柔性电极材料的制备与应用。

背景技术

墨水直写打印技术属于增材制造技术，是一种非接触式的打印成型技术。料筒中存储的墨水材料与喷头相连，通过活塞挤压、螺旋挤压等控制系统将墨水从喷头挤出并在基底上成型。墨水直写打印技术因具有简便快捷的操作和材料体系的多样性而正在逐步应用于电化学储能领域。

柔性电极具备良好的柔韧性和可弯曲性，克服了传统超级电容器刚性的影响，作为柔性储能器件，可以集成在便携式、灵活以及可穿戴的柔性电子器件中，是目前超级电容器研究的热点。墨水直写打印技术是制作柔性电极的一种新手段，这种方法制作的电极尺寸可调，密度可控，具有广阔的应用优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可用于喷墨打印柔性电极，该电极材料可用于制备柔性超级电容器，具有电极尺寸可调，密度可控，柔韧性好，能量密度高，可高效墨水直写打印等优点。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

可墨水直写打印柔性电极的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将导电聚合物同轴纳米管复合材料和氧化石墨烯均匀分散在无水乙醇中，形成电极墨水；

步骤2，以碳布为基底利用步骤1制备电极墨水进行凝胶器件的打印，成型后在水合肼蒸汽气氛下还原，即可得到可墨水直写打印柔性电极。

在上述技术方案中，在步骤1中，导电聚合物同轴纳米管复合材料和氧化石墨烯的质量比为(1—10)：1，优选(5—8)：1。

在上述技术方案中，在步骤1中，导电聚合物同轴纳米管复合材料为聚吡咯/聚苯胺同轴纳米管复合材料，以软模板法化学聚合生成聚吡咯纳米管，并以此为模板，电化学沉积聚苯胺膜制备的聚吡咯/聚苯胺同轴纳米管复合材料。

在上述技术方案中，在步骤1中，采用机械搅拌和超声分散的方式进行均匀分散，先进行机械搅拌，机械搅拌的速度为每分钟100—200转，时间为10—30min，再进行超声分散，超声分散时间为1—5h，优选2—3小时。

在上述技术方案中，在步骤1中，在均匀分散后进行溶剂无水乙醇的蒸发，直至固含量到达10mg mL-1以上，即制得电极墨水，固含量为分散体积中导电聚合物同轴纳米管复合材料和氧化石墨烯的质量之和(mg)与溶剂无水乙醇体积(ml)之比，优选10— 20mg mL-1。

在上述技术方案中，在步骤2中，将步骤1制成的电极墨水加入到注射器中并与喷头连接，将注射器加装到多轴定位系统(型号Prusa i3)上，使用螺杆挤出的方式在碳布上进行多层打印，速度选择1—5mm s^-1，每一层打印结束后待自然干燥后再打印下一层，结束后在80—90℃下水合肼气氛中还原即得所述的柔性电极，还原时间为1—6小时，优选3—5小时。

本发明的另一个目的在于提供上述方案在制备柔性电极中的应用。

本发明的另一个目的在于一种电极墨水及其在制备柔性电极中的应用。