[发明专利]一种微型超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型的交联聚合物薄膜结构作为微型超级电容器电极，该薄膜为吡咯‑噻吩并[3,4‑b]噻吩（TbT）共聚物薄膜（即Py‑co‑TbT），其能够显示出高的比容，循环稳定性非常好，经过2000次充放电循环后，比容量仍保持在1400 mAh·g‑1以上。这种多组分共聚物有潜力成为下一代长寿命，高性能的微型超级电容器电极耐久材料。

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其是涉及超级电容器领域。

背景技术

聚吡咯(PPy)具有窄的带隙，具有比其他聚合物更高的电导率，同时有机半导体具有易于加工和可塑性，PPy可以与多种无机材料结合形成具有优异性能的杂化材料。导电聚合物PPy已应用于许多领域，例如超级电容器，锂离子电池，电致变色器件，功能化电极和光电器件等，并且在电子，光学和光电转换设备等领域的发展中具有优异的机械柔韧性和可变电导率的优点，因此成为一种功能材料具有出色的性能。

到目前为止，PPy已经成功地用于能量存储和转换设备(例如超级电容器)的电极中。微型超级电容器(MSC)具有功率密度高，充放电速度快，寿命长等优点，在微电子领域的潜在应用受到了广泛的关注。值得注意的是，在MSC的开发中遇到的困难之一是，对于宏观超级电容器可以忽略的物理效应在微观尺度上变得突出，也就是说，与同类型的宏观设备相比，微设备的性能通常比宏设备的性能差很多。微设备对于材料的要求更高，其必须能够在相对脆弱的微设备中发挥更好的性能。

发明内容

为适应微设备对材料的高要求，本发明设计了一种三维交联共聚物，吡咯-噻吩并[3,4-b]噻吩(TbT)共聚物薄膜(即Py-co-TbT，Pyrrole-co-thieno[3,4-b]thiophene)，交联聚合物具有良好的机械性能，热稳定性，耐磨性，耐溶剂性和抗蠕变性，其能够在加工制备微型超级电容器的过程中显示出独特的优势，这种以交联共聚物为电极的新型MSC在电极的聚合物链中具有更稳定的三维网络结构，这使其在比容量和循环稳定性方面更具特异性。

一种微型超级电容器(MSC)的制备方法，包括如下步骤：

1)合成噻吩并[3,4-b]噻吩(TbT)；

2)合成吡咯-噻吩并[3,4-b]噻吩共聚物薄膜(Py-co-TbT)；

将Au喷涂在PET薄膜的表面，通过离子溅射作为柔性基板电极，然后将该电极放置在电化学电解池中作为工作电极；通过在三电极系统中进行阳极氧化来制备Py-co-TbT膜，其中使用Pt作为对电极，使用饱和甘汞电极作为参比电极，并使用涂覆有导电层的PET柔性基板作为工作电极，得到Py-co-TbT和PET复合材料；

3)激光加工Py-co-TbT和PET复合材料制备微型超级电容器；

在空气中蚀刻Py-co-TbT和PET复合材料，通过激光去除多余的部分，以制成所需的叉指式电极图案；使用6个微指电极，每个微指电极长3mm，宽0.5mm，两个相邻的电极相隔0.3mm；以导电银胶作为外部电路，将铜箔连接到Py-co-TbT和PET复合材料的两端；将透明的液态LiCl/PVA凝胶电解质放在叉指电极上，得到微型超级电容器。

所述凝胶电解质的制备方法如下：将2g的PVA添加到20mL的去离子水中，将5M的LiCl添加到该溶液中，在磁力搅拌下，将温度逐渐升高到90℃，油浴反应4小时后，获得透明液体LiCl/PVA凝胶电解质。