[发明专利]一种自加热微型超级电容器

说明书

本发明公开了一种自加热微型超级电容器，该自加热微型超级电容器通过以下步骤制成：（1）以商业叉指金微电极为模板，电化学法制备电容材料；（2）利用真空抽滤辅助技术制备石墨烯薄膜，将得到的石墨烯薄膜贴在（1）步骤中得到的微电极基底的背面；（3）将凝胶电解质均匀地涂覆在叉指微电极表面；（4）用聚二甲基硅氧烷将整个器件封装，最终得到自加热微型超级电容器。本发明利用光热转化技术解决微型超级电容器低温电化学性能不佳问题，所制备的自加热微型超级电容器结构简单，制作步骤少，成本低廉，易于批量化生产。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，具体而言，涉及一种自加热微型超级电容器。

背景技术

随着微机电系统、无线传感网络、便携式电子和芯片等的日益小型化，发展尺寸相匹配的微型电源实现对其供电则显得尤为重要。由于具有易于与微电子器件集成、快速充放电、高功率密度、长循环寿命等优点，平面微型超级电容器作为微电子器件的供能元件受到了广泛关注。近年来平面微型电容器在结构设计、电极材料、微电极制备方法等方面得到了快速发展，并在常规使用温度范围内（室温左右）表现出了优异的快速充放电特性。随着人类探索未知世界的发展，未来的先进微电子器件不仅能在常规温度下使用，也希望它能用在一些极端低温条件下应用，如极地、高海拔区域、太空和行星表面。例如，在南极大陆，全年平均气温在-52℃左右，此外，火星上的平均温度大约为-55℃。因此，发展耐低温微型超级电容器是非常有必要的。

目前已经有大量的工作来研制耐低温传统超级电容器，如设计新型电解液、电极材料和器件设计，在这些因素中，电解液对超级电容器的低温电化学性能起着最重要的作用。传统超级电容器主要通过选择合适的电解液来扩大工作温度。对于有机电解液，具有更低熔点的溶剂（如长链醚、碳酸盐、酯类、腈类等）通常被用来与乙腈或碳酸丙烯酯组成共溶剂来扩大超级电容器的工作温度。离子液体共熔混合物比单独的离子液体具有更高的电导率和更低的熔点，通常也被用来作为超级电容器的低温电解液。对于水系电解液，通常采用添加防冻剂的方式来降低其凝固点。此外，尽管目前已经有少量工作采用电解液策略来制备耐低温微型超级电容器，但制备的微型超级电容器的电化学性能受温度的影响仍然很严重，即随着温度的降低，电化学性能下降。因此，开发一种高性能耐低温微型超级电容器具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种自加热微型超级电容器。

本发明利用光热转化技术解决微型超级电容器低温电化学性能不佳问题，在太阳光照射下，微型超级电容器可以自加热器件内部的电解质，使电解质温度升高，从而增强微型超级电容器低温电化学性能，进而扩展微型超级电容器在低温环境下的工作温度。

一种自加热微型超级电容器，其特征在于该电容器通过以下方法制备得到：

1）以商业叉指金微电极为模板，电化学法制备电容材料；

2）利用真空抽滤辅助技术制备石墨烯薄膜，将得到的石墨烯薄膜贴在步骤1）中得到的微电极基底的背面；

3）将凝胶电解质均匀地涂覆在叉指金微电极表面；

4）用聚二甲基硅氧烷将整个器件封装，最终得到自加热微型超级电容器。

所述步骤1）中的商业叉指金微电极的基底为导热但不导电材料，优选为氧化铝。

所述步骤1）中的电化学法：三电极体系下，以商业叉指金微电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，电解液为包含吡咯、苯胺、噻吩、锰离子、铁离子、钴离子、镍离子中一种的溶液，电解液的体积为30 mL~50 mL。

所述步骤1）中利用电化学法制备的电容材料为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其衍生物、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍中的一种。