[发明专利]柔性全固态不对称超级电容器电极及其一分为二制备方法

说明书

本发明属于柔性储能器件技术领域，具体为一种柔性全固态不对称超级电容器电极及其一分为二制备方法。本发明制备方法从氢氧化镍@聚多巴胺复合材料出发，在空气中煅烧得到氧化镍阵列电极，用作超级电容器正极；在氩气中煅烧后酸处理得到石墨烯纳米筛阵列电极，用作超级电容器负极。经过组装后得到柔性全固态不对称超级电容器，具有良好的电化学性能。本发明制备方法在非对称超级电容器电极的研制中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性储能器件技术领域，具体涉及一种柔性全固态不对称超级电容器电极及其制备方法。

背景技术

近年来，柔性可穿戴电子器件的兴起推动了柔性储能技术的快速发展。因此，设计高性能、低成本的柔性储能装置是当前的研究热点。在各种储能装置中，柔性全固态超级电容器以其充放电快、寿命长、环保等优点给人们带来了希望，引起了广泛关注。然而，超级电容器的低能量密度限制了其大规模应用。

根据公式(E=CV²/2)，需要通过增加整个器件的电容和工作电压来增加能量密度。采用高电容双层电容器（EDLC）材料（如多孔碳、碳纳米管、石墨烯等）和赝电容器/电池型材料（如氧化钴、氧化镍、氧化铁等）设计的不对称/混合超级电容器有望改善储能性能。到目前为止，有关不对称超级电容器中不同电极材料的研究已经有很多报道。近年来的研究工作表明，电极活性材料的纳米形貌和结构控制是实现电化学性能最大化的一种非常有效的策略，如三维多孔结构、纳米片/纳米棒阵列结构、多层递阶结构的发展都能对其产生决定性的推动作用电极的表面积和活性部位。然而，不对称超级电容器的整体性能并不局限于单个电极，需要两个电极之间的共同贡献和协同作用。因此，用简单的合成方法开发高性能正负极材料是制备高性能不对称超级电容器的一个具有挑战性的问题。通过不同的条件从单一的前体发展出两种或两种以上的材料是材料合成领域一个重要前沿问题。这一策略使得在继承了前体的一些形态和结构特征的同时，使最终产物的成分调整变得简单易行。这种“一分为二”的理念为材料合成与制备提供了简便可行的新途径。因此，用这种方法制备柔性超级电容器的两种不同的自支撑电极具有许多令人感兴趣的优点，如柔性和纳米结构相似，制造工艺简单，成本低廉。因此，由单一前驱体制备具有不同电容特性的电极材料并组装成集成器件具有很大的应用前景。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种柔性全固态不对称柔性超级电容器电极及其“一分为二”制备方法。

本发明通过对整体工艺流程、以及各个关键工艺步骤的反应条件及参数 (如反应原料的种类及配比、反应物浓度、反应气氛及反应温度等)进行改进，实现了由一种前驱体复合材料同时制备出组装柔性超级电容器所需要的正极和负极电极材料。该制备方法工艺简单、操作便捷，反应材料廉价、易得。

本发明提供的柔性全固态不对称超级电容器电极的“一分为二”制备方法，具体步骤为：

（1）以碳布为基底，在其表面生长氢氧化镍纳米片阵列，随后包覆聚多巴胺，形成碳布@氢氧化镍@聚多巴胺复合材料；

（2）将碳布@氢氧化镍@聚多巴胺复合材料在空气中煅烧，形成碳布@氧化镍纳米片阵列，用作超级电容器正极；

（3）将碳布@氢氧化镍@聚多巴胺复合材料在氩气中煅烧，然后再通过酸处理形成碳布@石墨烯纳米筛阵列，用作超级电容器负极；

（4）基于以上两种电极组装柔性固态超级电容器。

作为优选，步骤（1）中所述生长氢氧化镍纳米片阵列的溶液是0.1-0 .15mol/L六水氯化镍和0.2-0.3mol/L六亚甲基四胺的混合溶液。

作为优选，步骤（1）中所述氢氧化镍生长温度为90~100 ℃，时间为10-12h。

作为优选，步骤（1）中所述包覆聚多巴胺，是在盐酸多巴胺-Tris混合溶液中进行，Tris浓度为1.21~1.81g/L，反应时间为24-48h。