[发明专利]一种面向通用柔性衬底的微型超级电容器及其制造方法

说明书

本发明提供了一种面向通用柔性衬底的微型超级电容器及其制造方法。微型超级电容器包括：导电弹性体、固态电解质和柔性衬底。导电弹性体为聚合物与导电材料的混合物，聚合物包括聚二甲基硅氧烷或者聚苯胺，导电材料包括碳纳米管或者乙烯二氧噻吩单体。固态电解质为凝胶聚合物，该凝胶聚合物包括聚乙烯醇与磷酸的聚合物；或者，聚乙烯醇与硫酸的聚合物；或者，氯化锂与磷酸的聚合物；或者，氯化锂与硫酸的聚合物。本发明采用碳纳米管等具有高导电能力的活性材料与机械稳定性强的聚合物弹性体相结合，具有存储容量大、能量密度高、器件柔性好、制备工艺简单等优点，可以实现大规模高性能能量存储器件制备。

技术领域

本发明涉及微型超级电容器技术领域，尤其涉及一种面向通用柔性衬底的微型超级电容器及其制造方法。

背景技术

如今，个人可穿戴电子的需求刺激了智能电子设备的快速发展，与此同时，对于智能能量系统尤其是与其相兼容的能量存储设备的需求与日俱增。能量存储器件作为智能能量系统的关键组成部分，尤其是具有高功率密度、循环稳定性强、系统集成度高的微型超级电容器，受到了科研学者广泛的关注。与传统超级电容器不同，微型超级电容器具有平面结构、多采用叉指电极结构，器件整体厚度大幅降低，兼具柔性与便携性，同时满足了可穿戴设备的生物兼容性与稳定的电化学性能。

目前，现有的微型超级电容器至少存在如下的两个方面的缺点：一方面，现有的微型超级电容器在柔性电极转移过程中工艺复杂，且会引入额外刚性衬底，对器件整体集成度与便携程度带来了不利的影响，不利于高效率通用制备工艺的形成；另一方面，对于电极结构的图案化加工，多采用光刻方式，不仅造价昂贵，还会不可避免地造成电极的损伤，从而影响电极的性能与稳定性，一定程度上限制了其在智能可穿戴系统中的应用。

发明内容

本发明的实施例提供了一种面向通用柔性衬底的微型超级电容器及其制造方法，以克服现有技术的缺点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种面向通用柔性衬底的微型超级电容器，包括：固态电解质、导电弹性体和柔性衬底，所述固态电解质、导电弹性体和柔性衬底依次自上而下设置，所述导电弹性体为利用树脂印章通过转印的方式转移至所述柔性衬底的表面，所述固态电解质均匀附着在所述导电弹性体的表面。

优选地，所述导电弹性体为聚合物与导电材料的混合物，所述聚合物包括聚二甲基硅氧烷或者聚苯胺，所述导电材料包括碳纳米管或者乙烯二氧噻吩单体。

优选地，所述固态电解质为凝胶聚合物，该凝胶聚合物包括聚乙烯醇与磷酸的聚合物；或者，聚乙烯醇与硫酸的聚合物；或者，氯化锂与磷酸的聚合物；或者，氯化锂与硫酸的聚合物。

优选地，所述柔性衬底为纸或者聚二甲基硅氧烷衬底。

根据本发明的另一个方面，提供了一种面向通用柔性衬底的微型超级电容器的制作方法，包括：

步骤1、通过3D打印的方式，设计不同结构的印章图案，得到具有不同叉指结构的树脂印章；

步骤2、通过称量方式得到CNT粉末与PDMS基液，将CNT粉末与PDMS基液混合均匀后加入到甲苯中，得到混合液体；

步骤3、通过磁力搅拌的方法将所述混合液体在常温下高速搅拌，使CNT与PDMS接触并溶解于甲苯中，得到分散均匀的CNT-PDMS的甲苯溶液；

步骤4、通过称量将PDMS的交联剂加入到分散均匀的CNT-PDMS的甲苯溶液中；

步骤5、通过磁力搅拌的方法，在高速搅拌的过程中使得甲苯部分挥发，得到CNT-PDMS的半烘干溶液；

步骤6、利用制备好的树脂印章通过转印的方式，将CNT-PDMS的半烘干溶液转移至各类柔性衬底表面，通过加热烘干的方式使PDMS的基液与交联剂反应固化，得到图案化的CNT-PDMS；