[发明专利]一种可折叠的纸基微型超级电容器的制备方法

说明书

本发明涉及一种可折叠的纸基微型超级电容器的制备方法，属于微型储能器件技术领域。所述方法是利用模板压印技术将石墨烯或石墨烯复合物电极压印在纸基底上，再在电极上涂覆固态电解质，则在纸基底上制备得到微型超级电容器；该方法将片状的石墨烯或者石墨烯复合物通过模板压印在纸基体上使电极的轮廓清晰且连接性好，利用纸的多孔性和吸水性确保石墨烯或石墨烯复合物电极在纸上的稳定性，利用纸的可折叠和柔性使所制备的微型超级电容器具有良好的柔性和可折叠性，可以实现风能的收集和利用以及不同电压电流的输出；另外，该方法制备过程简单，可操作性强，成本低，可大规模制备。

技术领域

本发明具体涉及一种利用模板压印技术制备可折叠的纸基微型超级电容器的方法，属于微型储能器件技术领域。

背景技术

随着近年来电子技术的飞速发展，电子器件逐渐趋于小型化，电子器件的供能越来越受到人们的关注。其中，超级电容器这一储能器件近年来得到了人们广泛的关注和发展。受到电子器件体积的限制，超级电容器逐渐趋于微型化，柔性平面型微型超级电容器格外受到人们的青睐。目前主要采用打印技术以及抽滤工艺制备微型超级电容器。打印技术主要采用氧化石墨烯或其它导电溶液为原料将其打印到纸上，但该方法所制备的超级电容器的电极极易造成断路。而抽滤制备则采用模板作为电极的形状限定，将导电溶液透过模板抽滤到滤纸上，该方法虽看似简单，但在操作中电容器的电极极易互相连接造成短路，且得到的电极边缘极不清晰。此外，其制备的微型超级电容器电流电压的输出形式单一，通常仅能实现一种形式的能量输出，这极大的限制了微型超级电容器的应用。因此，开发一种新型的制备微型超级电容器的方法势在必行。

发明内容

为了克服现有微型超级电容器制备过程易断路、电极不清晰以及电流电压输出形式单一等问题，本发明提供了一种可折叠的纸基微型超级电容器的制备方法，该方法利用模板压印技术将石墨烯或石墨烯复合物电极压印在纸上，并利用纸的多孔性和吸水性，保证了石墨烯或石墨烯复合物电极在纸上的稳定性，而且所制备的微型超级电容器具有良好的柔性和可折叠性，可实现风能的收集和利用以及不同电压电流的输出；同时，该方法制备过程简单，可操作性强，可大规模制备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种可折叠的纸基微型超级电容器的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1.利用化学氧化剥离法制备得到氧化石墨烯溶液，随后向氧化石墨烯溶液中添加无水乙醇，再将二者的混合溶液置于液氮表面进行冷冻，并进行真空冷冻干燥，得到氧化石墨烯泡沫；再在氩气保护气氛下，先将氧化石墨烯泡沫加热至200℃～300℃，保温30min～90min，再继续加热至800℃～1100℃，保温1h～3h，得到还原氧化石墨烯泡沫；

氧化石墨烯的浓度为6mg/mL～8mg/mL；氧化石墨烯溶液的体积与无水乙醇的体积比为30:0.5～2；升温速率为3℃/min～7℃/min；

步骤2.利用激光刻蚀制备基于叉指结构的电极图案的金属模板；

金属模板的材质为铝箔、铜箔或者不锈钢，金属模板的厚度为15μm～25μm，金属模板中基于叉指结构的电极图案的个数为1个以上，基于叉指结构的电极图案是由两个叉指电极交叉排列形成的，每个叉指电极的叉指个数为3～6个，每个叉指宽度为300μm～700μm，每个叉指长度为3mm～4mm，基于叉指结构的电极图案中相邻两个叉指间隔宽度为300μm～700μm；

步骤3.将金属模板置于纸上，再将还原氧化石墨烯泡沫置于金属模板上并完全覆盖金属模板上基于叉指结构的电极图案，对还原氧化石墨烯泡沫施加20 MPa～30MPa的压力，并保压3min～10min，去除金属模板，在纸上得到基于叉指结构的石墨烯电极；

纸为打印纸、手写纸、宣纸或硬质纤维素纸板；将步骤2所制备的还原氧化石墨烯泡沫切成厚度为1mm～2mm的片状，再用于步骤3中；