[发明专利]一种一体化阵列式传感储能器件及其制备方法

权利要求书

1.一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：包括正极、负极、隔膜层，以及填充在负极和隔膜层之间的固态电解质，所述的隔膜层位于正极和负极之间；

所述的负极包括柔性衬底、阵列式柱状体、以及阵列集流体，所述的阵列集流体附着在柔性衬底表面上，所述的阵列式柱状体连接在阵列集流体的节点处，形成一个连通的导电网络。

2.根据权利要求1所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述的正极层采用导电材料作为集流体，并在集流体表面采用水热或电镀的方式负载一层活性材料作为正极。

3.根据权利要求2所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述的导电材料为铜、银、镍、碳纸、碳布中的任意一种；所述的活性材料为氧化锰、氢氧化镍、氢氧化钴中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述的柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

5.根据权利要求1所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述的阵列式柱状体采用弹性导电材料制成，所述的弹性导电材料为石墨烯/聚苯胺气凝胶材料或碳纳米管/聚苯胺气凝胶材料。

6.根据权利要求5所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：阵列式柱状体包括压实部分与非压实部分，所述的压实部分用于防止其产生形变而导致储能性能的下降，所述的非压实部分用于传感。

7.根据权利要求1所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述阵列集流体位于阵列式柱状体的压实部分与非压实部分中间，所述节点处阵列式柱状体的非压实部分通过应对不同的力来改变接触电阻产生不同的电流信号产生以达到传感目的。

8.根据权利要求1所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述的隔膜层为聚烯烃多孔隔膜，所述的隔膜层上对应阵列式柱状体位置处镂空。

9.根据权利要求1所述的一体化阵列式传感储能器件，其特征在于：所述的固态电解质金属盐和聚乙烯醇(PVA)高分子凝胶的混合物。

10.一种一体化阵列式传感储能器件的制备方法，该方法用于制备权利要求1-9任意一项所述的传感储能器件，其特征在于，包括以下步骤：

1)、阵列集流体的制备，在PDMS衬底或PET衬底表面溅射一层导电金属层，通过光刻机刻蚀得到阵列式集流网络；

2)、阵列式柱状体的制备，将0.1-1g的石墨烯与15-20mL的1M盐酸或硫酸混合，然后加入300μL的苯胺，搅拌5-10h；再向其溶液中加入1-10g过硫酸铵和40mL的1M盐酸溶液，搅拌均匀后超声震荡10-30min，在0-10℃下聚合反应4-10h，再加入抗坏血酸进行还原；最后使用去离子水清洗，在50-70℃烘干处理；将其切出0-1mm的切片为非压实部分，剩余部分在20-50MP的压力下处理3-20min，作为压实部分，将其重叠成为柱状体，作为负极与传感材料；

3)、正极，在导电材料表面通过电镀或水热法在其表面负载一层活性材料，其中，导电材料为铜、银、镍、碳纸、碳布中的任意一种，活性材料为氧化锰，氢氧化镍，氢氧化钴材料中的任意一种；

4)、固态电解质的制备，将一定量的PVA、去离子水、金属盐在50-90℃下搅拌3-10h；

5)、将柱状体放入阵列集流体网络节点，滴上固态电解质，将柱状体浸润，再将节点镂空的隔膜铺上，再次滴上固态电解质，将正极材料覆盖，轻轻按压，使柱状体，隔膜，正极材料与固态电解质充分浸润，将其置于40-70℃的干燥箱中烘干，从而制备出一体化阵列式传感储能器件。