[发明专利]一种叉指状纸基微型超级电容器的制作方法

说明书

本发明提供一种叉指状纸基微型超级电容器制作方法，涉及纳米材料与微加工工艺的交叉技术领域。一种叉指状纸基微型超级电容器的制作方法，该方法包括以下步骤：（1）MXene/碳纳米管浆料的制备，利用光刻胶法，在滤纸上制作叉指状微图案凹槽，制备叉指状电极模板；（2）利用真空抽滤法，将导电银胶，MXene/碳纳米管浆料依次抽滤在叉指状微图案上；（3）涂覆聚乙烯醇/硫酸凝胶电解质，室温干燥，得到微型电容器；（4）PET膜过塑封装，得到叉指状微型超级电容器。本发明利用光刻工艺制作模具，并且将MXene和碳纳米管制成的复合材料作为电极材料，提高微型超级电容器储能容量的同时还可有效减轻其质量。

技术领域

本发明涉及纳米材料与微加工工艺的交叉技术领域，具体涉及一种叉指状纸基微型超级电容器制作方法。

背景技术

随着现代电子技术的飞速发展，高度集成、便携式、可穿戴式、可植入式等新概念电子产品不断涌现，亟需开发为之供能的微纳储能器件以解决动力问题。微型柔性超级电容器因其可集成、功率密度高、充放电速度快、储能过程可逆、安全环保等优点，成为了人们研究的热点。超级电容器由集流体、电极材料、隔离器和电解质组成，而电极材料是决定超级电容器性能的核心因素。因此，选择合适的电极材料是制备微型柔性超级电容器的重点与难点。

MXene是一种于2011发现的二维的过渡金属碳化物或氮化物，MXenes主要通过选择性刻蚀三元层状化合物材料MAX相陶瓷而得到，其化学式为M_n+1X_nT_x，其中M代表前过渡金属元素，X代表碳或氮元素，n=1，2或3，T_x则代表表面吸附的官能团。基于二维MXene电极材料的超级电容器的能量存储是通过电极和电解液界面间离子的吸附/脱附实现，但同时，二维材料片层间的聚集和堆叠使得其潜在的层间储能空间并没有被完全利用，较长的离子传输路径也不利于电解液的传输，严重降低了MXene片层的电化学利用率。

已公开的申请号为CN201910468526.5的中国专利中公开了一种基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法，该发明公开了一种基于石墨烯纳晶碳膜电极的微型超级电容器的制造方法，具体包括以下步骤：步骤1、将表层带有SiO2的Si基体超声清洗，之后利用磁控溅射设备在基体表面溅射沉积Au薄膜作为微型超级电容器的集流体；步骤2、将溅射有Au薄膜的SiO2/Si基体置于ECR等离子体加工系统的基片架上并装入真空腔体沉积石墨烯纳晶碳膜作为微型超级电容器的电极材料；步骤3、在制备好的两片石墨烯纳晶碳膜表面滴加配置好的PVA/H₃PO₄电解液后面对面组装，然后室温条件下放置10～12h，待电解液干燥成膜后得到石墨烯纳晶碳膜基微型超级电容器。

现有技术中的制备方法制备的电容器的过程中，MXene纳米片容易聚集，比表面积低、较差导电性、机械性能差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种叉指状纸基微型，通过引入碳纳米管作为间隔物来抑制MXene的堆积，提升导电性和离子传输速率，并作为活性材料制备高机械性能的微型超级电容器。

一种叉指状纸基微型超级电容器的制作方法，该方法包括以下步骤：

（1）MXene/碳纳米管浆料的制备，再利用光刻胶法，在滤纸上制作叉指状微图案凹槽，制备叉指状电极模板；

（2）利用真空抽滤法，将导电银胶、MXene/碳纳米管浆料依次抽滤在所述叉指状电极模板上；

（3）将乙烯醇/硫酸凝胶电解质涂覆在经过步骤（2）处理的叉指状电极模板上，室温干燥，干燥的时间为2-5h，得到微型电容器；

（4）将所述微型电容器使用PET膜进行过塑封装，得到叉指状微型超级电容器，PET膜是商品化过塑膜；