CN108400019B - 柔性微型超级电容器及其制备方法 - Google Patents
柔性微型超级电容器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108400019B CN108400019B CN201810182715.1A CN201810182715A CN108400019B CN 108400019 B CN108400019 B CN 108400019B CN 201810182715 A CN201810182715 A CN 201810182715A CN 108400019 B CN108400019 B CN 108400019B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- isolation pattern
- interdigital
- electrode isolation
- flexible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 63
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 17
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 claims description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 6
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 5
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 4
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 6
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 6
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 5
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- SIXOAUAWLZKQKX-UHFFFAOYSA-N carbonic acid;prop-1-ene Chemical compound CC=C.OC(O)=O SIXOAUAWLZKQKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000011850 water-based material Substances 0.000 description 1
- 230000010148 water-pollination Effects 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供了一种柔性微型超级电容器及其制备方法，在亲水性的柔性基底上依次打印疏水性的电极隔离图案和亲水性的叉指电极，所述叉指电极设置在电极隔离图案的两侧，最后依次在电极隔离图案和叉指电极的表面刮涂凝胶电解质层和封装层形成柔性微型超级电容器；本发明可以精确调控叉指电极的结构参数，简化制备工艺以及降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种柔性微型超级电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
超级电容器包括三明治型超级电容器和平面型超级电容器。与三明治型超级电容器相比，平面型超级电容器能够显著降低超级电容器的厚度，还可以通过叉指电极的结构参数进行设计优化，提升超级电容器的能量密度和功率密度，同时具有很好的柔性与便携性。平面型超级电容器制备的难点在于叉指电极的制备。目前通常利用掩膜版光刻法和激光刻蚀法制备叉指电极。在制备叉指电极时，掩膜版光刻法的制备工艺复杂，难以实现定制化，而激光刻蚀法可能会对叉指电极造成一定的破坏，影响叉指电极的稳定性，同时激光设备的费用较高，增加了超级电容器的制备成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种柔性微型超级电容器及其制备方法，可以精确控制叉指电极的结构参数，简化超级电容器的制备工艺。
根据本发明的第一方面，提供一种柔性微型超级电容器，包括：
柔性基底；
电极隔离图案，设置于所述柔性基底上，形成预定的图案；
两个叉指电极，分别设置于所述电极隔离图案的两侧；
凝胶电解质层，覆盖所述叉指电极和所述电极隔离图案；以及，
封装层，用于密封所述凝胶电解质层；
其中，所述电极隔离图案由疏水性电绝缘材料打印形成，所述叉指电极由亲水性导电电极材料打印形成。
优选地，所述疏水性电绝缘材料为疏水性有机硅胶、环氧胶或含氟高分子材料。
优选地，所述亲水性导电电极材料为石墨烯、碳纳米管、多孔碳等纳米碳材料的亲水性电极墨水。
优选地，所述柔性基底的材料为亲水性塑料薄膜或是经过亲水改性的塑料薄膜。
优选地，所述电极隔离图案的线宽为100-600um，所述电极隔离图案的间距为1-4mm。
第二方面，提供一种柔性微型超级电容器的制备方法，所述方法包括：
在柔性基底的表面以第一打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案；
在所述电极隔离图案的两侧以第二打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极；
在所述电极隔离图案和所述叉指电极的表面刮涂凝胶电解质混合溶液，固化形成凝胶电解质层；
在所述凝胶电解质层的表面刮涂封装胶，固化形成封装层。
优选地，在柔性基底的表面以第一打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案包括：
在柔性基底的表面以1-8mm/s的打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案；
其中，所述电极隔离图案的线宽为100-600um，所述电极隔离图案的间距为1-4mm。
优选地，所述疏水性电绝缘材料为疏水性有机硅胶、环氧胶或含氟高分子材料。
优选地，在所述电极隔离图案的两侧以第二打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极包括：
在所述电极隔离图案的两侧以1-10mm/s的打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极；
其中，所述亲水性导电电极材料为石墨烯、碳纳米管、多孔碳等纳米碳材料的亲水性电极墨水。
优选地，所述叉指电极通过多次重复打印电极墨水形成。
本发明提供了一种柔性微型超级电容器及其制备方法，在亲水性的柔性基底上依次打印疏水性的电极隔离图案和亲水性的叉指电极，所述叉指电极设置在电极隔离图案的两侧，最后依次在电极隔离图案和叉指电极的表面刮涂凝胶电解质层和封装层形成柔性微型超级电容器；本发明可以精确调控叉指电极的结构参数，简化制备工艺以及降低生产成本。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的柔性微型超级电容器的全剖视图；
图2是本发明实施例的柔性微型超级电容器的沿A-A方向的剖视图；
图3是本发明实施例的柔性微型超级电容器的制备方法的流程示意图；
图4是本发明实施例制备的柔性微型超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线示意图；
图5是本发明实施例制备的柔性微型超级电容器在0.2mA电流下的恒流充放电曲线示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的柔性微型超级电容器的全剖视图，图2是本发明实施例的柔性微型超级电容器的沿A-A方向的剖视图。如图1和图2所示，柔性微型超级电容器包括柔性基底1、电极隔离图案2、两个叉指电极3、凝胶电解质层4和封装层5。电极隔离图案2设置于柔性基底1上，形成预定的图案。两个叉指电极3分别设置于电极隔离图案2的两侧。在电极隔离图案2和叉指电极3上覆盖有凝胶电解质层4，最后通过封装层5将凝胶电解质层4封装，形成柔性微型超级电容器。
柔性基底1的材料为亲水性塑料薄膜，具有电绝缘性能，包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)等。优选地，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)具有更优异的气体阻隔性、防紫外线辐射性能和耐热性能，并且PEN在韧性、耐折皱性和耐温性等各方面性能相对更加均衡，可耐温121℃，因此更适合作为大面积制备的柔性微型超级电容器的基底材料使用。
电极隔离图案2通过点胶机将电极隔离图案2的材料按照预定的图案以及预定的位置打印形成于柔性基底1上。点胶机又称涂胶机、滴胶机、打胶机、灌胶机等，是专门对流体进行控制，并将流体点滴、涂覆于产品表面或产品内部的自动化机器。可实现三维、四维路径点胶，精确定位，精准控胶，不漏胶，不滴胶。点胶机主要用于产品工艺中的胶水、油漆以及其他液体精确点、注、涂、点滴到每个产品精确位置，可以用来实现打点、画线、圆型或弧型。电极隔离图案2的材料为疏水性电绝缘材料，其可以采用有机硅胶、环氧胶或含氟高分子材料等高疏水性材料。优选地，有机硅胶具有耐温特性、电气绝缘性能、耐候性、生理惰性等优异特性，因此适于作为电极隔离图案2的打印材料。打印电极隔离图案2时，点胶机可以以1-8mm/s的打印速度进行打印，可以获得较高质量的电极隔离图案2。电极隔离图案2可以根据叉指电极3的结构做适应性的变化，以便满足使用需求。
两个叉指电极3包括叉指电极3a和叉指电极3b，通过点胶机将亲水性导电电极材料打印形成在电极隔离图案2的两侧。由于叉指电极3的材料为亲水性导电电极材料，因此根据叉指电极材料在亲水和疏水界面上的不同特性，叉指电极3的材料可集中于柔性基底1上。本实施例叉指电极3的材料为碳纳米管水系墨水。打印叉指电极3时，点胶机可以以1-10mm/s的打印速度进行打印。同时，在打印叉指电极3时，可以重复多次打印以提高叉指电极3的单位面积负载量。叉指电极3打印完成后需要在120℃的温度下干燥1小时。叉指电极3的基本的结构有圆形、矩形等，而每条叉指的形状除简单的矩形外，也可有圆形或矩形突起。根据应用领域的不同，叉指电极3的形状可以不同。本实施例所述的叉指电极3形成为矩形的锯齿形状。
影响叉指电极3的性能主要包括四个结构参数，分别为：叉指电极对的对数、叉指宽度、相邻叉指之间的间隙距离以及叉指电极的厚度。根据柔性微型超级电容器的制备工艺，通过改变电极隔离图案2的参数即可实现精确调控叉指电极3的结构参数，进而改变柔性微型超级电容器的电气特性。在本实施例中，电极隔离图案2的线宽(相邻叉指之间的间隙距离)为100-600um，电极隔离图案2的间距(叉指宽度)为1-4mm。
凝胶电解质层4是有机体系的聚合物基电解质，覆盖所述叉指电极3和电极隔离图案2，是通过在叉指电极3和电极隔离图案2的上表面刮涂凝胶电解质混合溶液固化后形成。凝胶电解质层是超级电容器的重要组成部分。超级电容器也称电化学电容器。当超级电容器的两个电极上施加电场后，凝胶电解质层中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在凝胶电解质层和电极的界面形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场；撤消电场后，电极上的正负电荷与凝胶电解质层中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。凝胶电解质混合溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、高氯酸锂(LiClO4)、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯。将高氯酸锂溶解于具有碳酸丙烯酯和乙酸乙酯的混合溶液中作为电解质，再加入PMMA使该溶液刮涂后具备较好的成膜性，以便于大面积成膜制备超级电容器的凝胶电解质层。
封装层5形成在凝胶电解质层4上，以实现柔性微型超级电容器的封装。可以用作形成封装层5的材料包括环氧树脂胶和有机硅胶。封装层5具有隔绝性，可以通过在凝胶电解质层4上刮涂封装胶并固化后获得。
本发明实施例还提供了上述柔性微型超级电容器的制备方法，如图3所示，该方法包括：
步骤S100、制备柔性基底和凝胶电解质混合溶液。
本实施例中，使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜作为柔性基底材料，通过裁剪获得合适尺寸的柔性基底1。
凝胶电解质混合溶液包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、高氯酸锂(LiClO4)、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯。具体地，凝胶电解质混合溶液的制备方法通过如下示例说明：首先，向含有8g碳酸丙烯酯和14g乙酸乙酯的混合溶液中加入2g高氯酸锂并充分搅拌，在室温条件下搅拌时长应持续两小时以上，以达到充分搅拌的目的；然后，再加入3g聚甲基丙烯酸甲酯，在90℃的条件下搅拌过夜，得到凝胶电解质混合溶液。
步骤S200、在柔性基底的表面以第一打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案。
将疏水性电绝缘材料(有机硅胶)铺设于PEN柔性基底1的表面，点胶机以第一打印速度按照预定的图案以及预定的位置打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案2。优选地，第一打印速度为1-8mm/s，电极隔离图案2的线宽为100-600um，电极隔离图案2的间距为1-4mm。
步骤S300、在所述电极隔离图案的两侧以第二打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极。
点胶机以第二打印速度按照预定的叉指电极3的图案将亲水性导电电极材料(碳纳米管水系墨水)分别在电极隔离图案2的两侧进行打印，形成叉指电极3。由于水系墨水在亲水和疏水界面上的不同特性，碳纳米管水系墨水可集中于柔性基底1上，而不会附着在疏水性材料形成的电极隔离图案2上，充分保证了两侧电极的绝缘性。优选地，为提高叉指电极3的单位面积负载量，点胶机以1-10mm/s的第二打印速度重复多次进行打印叉指电极3。打印完成后，在120℃温度下干燥1小时。
步骤S400、在所述电极隔离图案和所述叉指电极的表面刮涂凝胶电解质混合溶液，固化形成凝胶电解质层。
将上述步骤S100中制备的凝胶电解质混合溶液刮涂在电极隔离图案2和叉指电极3的表面，固化后形成凝胶电解质层4。
步骤S500、在所述凝胶电解质层的表面刮涂封装胶，固化形成封装层。
通过本发明实施例提供的制备方法得到的柔性微型超级电容器，可将其两个电极端连接到电化学工作站，通过恒流充放电、循环伏安等方法测试其充放电性能。
柔性微型超级电容器的循环伏安曲线如图4所示，扫描电位区间为0～1.5V，在低扫描速度时曲线表现出准矩形的形状，显示了典型的双电层电容行为，随着扫描速度增加出现了不同程度的极化。同时，对该柔性微型超级电容器进行恒电流充放电性能测试，充放电流为0.2mA，电位区间为0～1.5V，结果如图5所示，结果显示曲线表现出准对称三角型形状，表明了典型的双电层行为，计算所得面容量为0.82mF/cm2。
本发明提供了一种柔性微型超级电容器及其制备方法，在亲水性的柔性基底上依次打印疏水性的电极隔离图案和亲水性的叉指电极，所述叉指电极设置在电极隔离图案的两侧，最后依次在电极隔离图案和叉指电极的表面刮涂凝胶电解质层和封装层形成柔性微型超级电容器；本发明可以精确调控叉指电极的结构参数，简化器制备工艺以及降低生产成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种柔性微型超级电容器，包括：
柔性基底；
电极隔离图案，设置于所述柔性基底上，形成预定的图案；
两个叉指电极，分别设置于所述电极隔离图案的两侧；
凝胶电解质层，覆盖所述叉指电极和所述电极隔离图案；以及，
封装层，用于密封所述凝胶电解质层；
其中，所述电极隔离图案由疏水性电绝缘材料打印形成，所述叉指电极由亲水性导电电极材料打印形成；
其中，所述疏水性电绝缘材料为有机硅胶或含氟高分子材料。
2.根据权利要求1所述的柔性微型超级电容器，其特征在于，所述亲水性导电电极材料为碳纳米管水系墨水。
3.根据权利要求1所述的柔性微型超级电容器，其特征在于，所述柔性基底的材料为亲水性塑料薄膜或是经过亲水改性的塑料薄膜。
4.根据权利要求1所述的柔性微型超级电容器，其特征在于，所述电极隔离图案的线宽为100-600um，所述电极隔离图案的间距为1-4mm。
5.一种柔性微型超级电容器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在柔性基底的表面以第一打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案；
在所述电极隔离图案的两侧以第二打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极；
在所述电极隔离图案和所述叉指电极的表面刮涂凝胶电解质混合溶液，固化形成凝胶电解质层；
在所述凝胶电解质层的表面刮涂封装胶，固化形成封装层；
其中，所述疏水性电绝缘材料为有机硅胶或含氟高分子材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在柔性基底的表面以第一打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案包括：
在柔性基底的表面以1-8mm/s的打印速度打印疏水性电绝缘材料，形成电极隔离图案；
其中，所述电极隔离图案的线宽为100-600um，所述电极隔离图案的间距为1-4mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述电极隔离图案的两侧以第二打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极包括：
在所述电极隔离图案的两侧以1-10mm/s的打印速度打印亲水性导电电极材料，形成叉指电极；
其中，所述亲水性导电电极材料为碳纳米管水系墨水。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述叉指电极通过多次重复打印碳纳米管水系墨水形成。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2017110299954 | 2017-10-30 | ||
| CN201711029995 | 2017-10-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108400019A CN108400019A (zh) | 2018-08-14 |
| CN108400019B true CN108400019B (zh) | 2019-09-17 |
Family
ID=63091915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810182715.1A Active CN108400019B (zh) | 2017-10-30 | 2018-03-06 | 柔性微型超级电容器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108400019B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108983527A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-11 | 上海幂方电子科技有限公司 | 一种自供电型电致变色器件及制备工艺 |
| CN110085444A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-08-02 | 西北工业大学深圳研究院 | 基于电化学增材制造的柔性微型超级电容器及其制备方法 |
| CN110634686B (zh) * | 2019-08-14 | 2022-04-08 | 温州大学激光与光电智能制造研究院 | 一种快速制备平面超级电容器的方法 |
| CN110808405A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-18 | 五邑大学 | 一种基于叉指电极结构的锂电池 |
| CN112713010A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-27 | 浙江理工大学 | 激光打印牺牲图案制备柔性平面微型储能器件的方法及柔性平面微型储能器件 |
| CN113451055A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-28 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种柔性叉指微型电容器一体化的制备方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100438079C (zh) * | 2006-03-28 | 2008-11-26 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 电容器结构及多层电容器结构 |
| CN104541349A (zh) * | 2012-03-05 | 2015-04-22 | 加州大学评议会 | 具有由互连波纹状碳基网络制成的电极的电容器 |
| US9165721B2 (en) * | 2010-11-22 | 2015-10-20 | The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology | Inkjet-printed flexible electronic components from graphene oxide |
| CN105023766A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-11-04 | 清华大学 | 基于超薄聚合物基底的柔性微型超级电容器 |
| CN105097295A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-11-25 | 武汉理工大学 | 一种高性能微型超级电容器及其制备方法 |
| CN105286814A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-03 | 上海磐启微电子有限公司 | 一种柔性电容式脉搏传感器阵列 |
| CN106232520A (zh) * | 2014-02-17 | 2016-12-14 | 威廉马歇莱思大学 | 激光诱导的石墨烯材料和它们在电子装置中的用途 |
| CN106449134A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-02-22 | 北京大学 | 一种基于激光图形化的自由式微型超级电容器及制造方法 |
| CN107221447A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-09-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯柔性复合电极、其制备方法及柔性超级电容器 |
| CN107275113A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-10-20 | 中国科学院电工研究所 | 双介质射流等离子体制备柔性超级电容器复合电极的方法 |
-
2018
- 2018-03-06 CN CN201810182715.1A patent/CN108400019B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100438079C (zh) * | 2006-03-28 | 2008-11-26 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 电容器结构及多层电容器结构 |
| US9165721B2 (en) * | 2010-11-22 | 2015-10-20 | The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology | Inkjet-printed flexible electronic components from graphene oxide |
| CN104541349A (zh) * | 2012-03-05 | 2015-04-22 | 加州大学评议会 | 具有由互连波纹状碳基网络制成的电极的电容器 |
| CN106232520A (zh) * | 2014-02-17 | 2016-12-14 | 威廉马歇莱思大学 | 激光诱导的石墨烯材料和它们在电子装置中的用途 |
| CN105023766A (zh) * | 2015-06-16 | 2015-11-04 | 清华大学 | 基于超薄聚合物基底的柔性微型超级电容器 |
| CN105097295A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-11-25 | 武汉理工大学 | 一种高性能微型超级电容器及其制备方法 |
| CN105286814A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-03 | 上海磐启微电子有限公司 | 一种柔性电容式脉搏传感器阵列 |
| CN106449134A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-02-22 | 北京大学 | 一种基于激光图形化的自由式微型超级电容器及制造方法 |
| CN107275113A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-10-20 | 中国科学院电工研究所 | 双介质射流等离子体制备柔性超级电容器复合电极的方法 |
| CN107221447A (zh) * | 2017-07-03 | 2017-09-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种石墨烯柔性复合电极、其制备方法及柔性超级电容器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108400019A (zh) | 2018-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108400019B (zh) | 柔性微型超级电容器及其制备方法 | |
| Huang et al. | Laser fabrication of all-solid-state microsupercapacitors with ultrahigh energy and power based on hierarchical pore carbon | |
| Thiemann et al. | Ionic liquids for electrolyte-gating of ZnO field-effect transistors | |
| Nam et al. | Manganese oxide film electrodes prepared by electrostatic spray deposition for electrochemical capacitors | |
| Wu et al. | Fabrication of porous nickel oxide film with open macropores by electrophoresis and electrodeposition for electrochemical capacitors | |
| US8920522B2 (en) | Battery manufacturing method and battery | |
| Giannakou et al. | Water-transferred, inkjet-printed supercapacitors toward conformal and epidermal energy storage | |
| JP5639804B2 (ja) | 電池の製造方法、電池、車両および電子機器 | |
| EP2869044B1 (en) | Capacitive liquid level sensor and method of manufacturing it | |
| CN105538721A (zh) | 一种非展开曲面导电图形的三维打印装置及打印方法 | |
| CN104377345A (zh) | 微型储能器件电极、微型储能器件及其形成方法 | |
| CN103956407A (zh) | 制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法及喷墨打印机 | |
| Arnold et al. | Direct-write planar microultracapacitors by laser engineering | |
| CN109668580A (zh) | 压力敏感薄膜、传感器、传感器阵列及各自的制备方法 | |
| Nobili et al. | Correlation of Ac-impedance and in situ X-ray spectra of LiCoO2 | |
| Areir et al. | A study of 3D printed flexible supercapacitors onto silicone rubber substrates | |
| CN113451055A (zh) | 一种柔性叉指微型电容器一体化的制备方法 | |
| KR20170073539A (ko) | 분리막 및 이를 포함하는 전지 | |
| CN108983527A (zh) | 一种自供电型电致变色器件及制备工艺 | |
| CN105930015A (zh) | 一种新型电容触控屏的制作方法 | |
| JP5581850B2 (ja) | 電池の製造方法および電極製造装置 | |
| Bettini et al. | Supersonic cluster beam printing of carbon microsupercapacitors on paper | |
| CN105140459A (zh) | 蓄电设备 | |
| CN103456521B (zh) | 氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法 | |
| WO2007055247A1 (ja) | 固体電解コンデンサ及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |