CN113066671A - 一种热电柔性超级电容器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于能量转换与存储技术领域，具体涉及一种热电柔性超级电容器及其制备方法。其中，热电柔性超级电容器，包括电容器主体及其封装外壳，所述电容器主体包括两电极层以及填充在两电极层之间的固态电解质层，两电极层分别引出正、负极引线至封装外壳之外；所述电极层包括依次叠设的柔性基底层、集流层以及PEDOT膜层；两电极层的PEDOT膜层分别与电解质层的两侧贴合。本发明的热电柔性超级电容器，可将太阳热或者是工业生产中所产生的热量进行转换、储存，可以在一定程度上对能源危机起到一些作用。
Description
技术领域
本发明属于能量转换与存储技术领域，具体涉及一种热电柔性超级电容器及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的不断发展，地球上所保留的传统能源，如石油资源正在不断地被大量开采与消耗，能源危机已经初步成为现国际社会所关注的焦点之一。热能是普遍存在的一种能量，如太阳能源是取之不尽、用之不竭的一种能源；此外，众所周知，在工业生产的过程中也会产生很多的热量；人体的体温也可以算是一种热能。如果能对上述热能加以储存利用，那么也能够在一定程度上可以缓解能源危机。
基于此，超级电容器应运而生，例如，公开号为CN105161316B的专利文献公开了一种柔性超级电容器。因此，如何开发一种热电超级电容器，以便能够直接实现热能的转换与储存。
发明内容
基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种热电柔性超级电容器及其制备方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种热电柔性超级电容器，包括电容器主体及其封装外壳，所述电容器主体包括两电极层以及填充在两电极层之间的固态电解质层，两电极层分别引出正、负极引线至封装外壳之外；
所述电极层包括依次叠设的柔性基底层、集流层以及PEDOT膜层；
两电极层的PEDOT膜层分别与电解质层的两侧贴合。
作为优选方案，所述柔性基底层的材质为PDMS，所述柔性基底层的厚度为100～150mm。
作为优选方案，所述集流层为惰性金属层，厚度为100～150nm。
作为优选方案，所述惰性金属层为金或铂。
作为优选方案，所述固态电解质层为聚苯乙烯磺酸。
本发明还提供如上任一方案所述的热电柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)在柔性基底层上溅射沉积惰性金属，以在柔性基底层的表面形成集流层，得到柔性基底层/集流层；
(2)利用电沉积方法在柔性基底层/集流层的表面镀上PEDOT膜层，得到电极层；
(3)将固态电解质层填充到两电极层之间，进行封装；同时通过引线将超级电容器的正负极引出，得到热电柔性超级电容器。
作为优选方案，所述步骤(1)之前，对柔性基底层采用丙酮、去离子水进行清洗，并干燥。
作为优选方案，所述步骤(1)中，溅射沉积采用PECVD气相沉积法，真空度达到10- 4Pa，通入氩气气氛，利用直流溅射，功率为100W。
作为优选方案，所述步骤(2)，包括：
在硫酸溶液中依次加入SDS、EDOT，搅拌均匀，然后将溶液进行水浴加热至60℃，作为电镀液；
采用三电极工作体系进行电沉积，柔性基底层/集流层作为工作电极，Ag/AgCl作为参考电极，Pt作为对电极。
作为优选方案，所述溶液中SDS、EDOT的浓度比为1：1。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的热电柔性超级电容器，可将太阳热或者是工业生产中所产生的热量进行转换、储存，可以在一定程度上对能源危机起到一些作用。
本发明的热电柔性超级电容器的制备方法，流程简易，适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例1的热电柔性超级电容器的结构示意图；
图2是本发明实施例1的热电柔性超级电容器的性能测试曲线图；
图3是本发明实施例1的热电柔性超级电容器的电流电压测试图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1所示，本实施例的热电柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：选用PDMS作为制作热电柔性超级电容器的上电极层4和下电极层5的柔性基底层；
具体地，选择的PDMS基底厚度为100mm，然后将PDMS基底用丙酮、去离子水进行清洗一遍或数遍，并进行干燥。
步骤二：通过溅射沉积的方法将金属镀在上电极层4和下电极层5的柔性基底层的表面，使其上生成一层金属层，作为集流层，得到上电极层4和下电极层5的柔性基底层/集流层；
具体地，利用PECVD气相沉积法(真空度达到10-4Pa，通入氩气气氛下，利用直流溅射，功率为100W的条件)，沉积厚度约为100nm的惰性金属如金、铂等，镀在柔性基底层上，使得在柔性基底层的表面上形成集流层，得到柔性基底层/集流层。
步骤三：先取一定量的浓硫酸配制浓度为1M/L的硫酸溶液，然后取适量的EDOT和SDS加入硫酸溶液中，配制完成后的溶液中EDOT的浓度为10mM/L，SDS的浓度为10mM/L；然后搅拌溶液3分钟，形成澄清的溶液，最后将溶液进行水浴加热至60℃；
步骤四：在步骤三制得的溶液中分别对上电极层4和下电极层5的柔性基底层/集流层进行电沉积PEDOT，使得在集流层上再生长上一层PEDOT膜，得到上电极层4和下电极层5。
其中，生长PEDOT膜的作用是增加电极的导电性。电沉积的时候溶液需保持一定的温度，优选温度是60℃，电沉积的时候采用三电极工作体系，Ag/AgCl作为参考电极，Pt作为对电极；上电极层4和下电极层5的柔性基底层/集流层分别作为工作电极。
步骤五：将聚苯乙烯磺酸PSS(即固态电解质层3)填充到上电极层4和下电极层5的PEDOT膜层之间，然后进行封装；同时通过导电线将超级电容器的正负极引出让其正、负极引线1、2引出至封装外壳之外；得到热电柔性超级电容器。
如图2所示，本实施例的热电柔性超级电容器，在上下温差为15℃时的充放电特征，说明了器件能够直接将热能转换为电能，且所储存电能能够被直接利用。
如图3所示，本实施例的热电柔性超级电容器的电流电压测试，说明器件具有良好的双电层超级电容特性。
实施例2：
本实施例的热电柔性超级电容器与实施例1的不同之处在于：
柔性基底层的材质还可以采用与PDMS性质类型的材料，柔性基底层的厚度还可以为120mm、130mm、150mm等，集流层的厚度还可以为120mm、130mm、150mm等。
其他结构及制备流程可以参考实施例1。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种热电柔性超级电容器，其特征在于，包括电容器主体及其封装外壳，所述电容器主体包括两电极层以及填充在两电极层之间的固态电解质层，两电极层分别引出正、负极引线至封装外壳之外；
所述电极层包括依次叠设的柔性基底层、集流层以及PEDOT膜层；
两电极层的PEDOT膜层分别与电解质层的两侧贴合。
2.根据权利要求1所述的一种热电柔性超级电容器，其特征在于，所述柔性基底层的材质为PDMS，所述柔性基底层的厚度为100～150mm。
3.根据权利要求1所述的一种热电柔性超级电容器，其特征在于，所述集流层为惰性金属层，厚度为100～150nm。
4.根据权利要求3所述的一种热电柔性超级电容器，其特征在于，所述惰性金属层为金或铂。
5.根据权利要求1所述的一种热电柔性超级电容器，其特征在于，所述固态电解质层为聚苯乙烯磺酸。
6.如权利要求1-5任一项所述的热电柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在柔性基底层上溅射沉积惰性金属，以在柔性基底层的表面形成集流层，得到柔性基底层/集流层；
(2)利用电沉积方法在柔性基底层/集流层的表面镀上PEDOT膜层，得到电极层；
(3)将固态电解质层填充到两电极层之间，进行封装；同时通过引线将超级电容器的正负极引出，得到热电柔性超级电容器。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)之前，对柔性基底层采用丙酮、去离子水进行清洗，并干燥。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，溅射沉积采用PECVD气相沉积法，真空度达到10-4Pa，通入氩气气氛，利用直流溅射，功率为100W。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)，包括：
在硫酸溶液中依次加入SDS、EDOT，搅拌均匀，然后将溶液进行水浴加热至60℃，作为电镀液；
采用三电极工作体系进行电沉积，柔性基底层/集流层作为工作电极，Ag/AgCl作为参考电极，Pt作为对电极。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述溶液中SDS、EDOT的浓度比为1：1。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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