一種超級電容器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容器的制備方法，特別涉及一種超級電容器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器(Supercapaci tor)又叫超大容量電化學(xué)電容器，是一種介于普通電容器和二次電池之間的新型儲能裝置。超級電容器存儲的能量密度為傳統(tǒng)電容器的10倍以上，與電池相比，具有更高的功率密度、充放電時(shí)間短、充放電效率高、循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)超級電容器還具有工作溫度范圍寬(-40°c?75°C)，可靠性好，節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點(diǎn)。
[0003]目前超級電容器常用的電極材料有多孔碳材料(包括碳納米管、石墨烯)、混合金屬氧化物以及導(dǎo)電聚合物等等，常用隔膜材料為聚丙烯薄膜。本專利打印電極薄膜主要使用碳納米管(CNTs)懸浮液，擠壓成形電解質(zhì)薄膜主要使用PVA聚合物。
[0004]文南犬“Graphene supercapacitor electrodes fabricated by inkjet printingand thermal reduct1n of graphene oxide,Electrochemistry Communicat1ns，201I，Voll3(4)，p355-358”中介紹了一種采用噴墨打印方式在鈦片上沉積氧化石墨烯(GO)微滴形成GO薄膜，經(jīng)加熱還原制得石墨烯電極薄膜的方法，此后配合商業(yè)Celgard3401隔膜和電解質(zhì)溶液組裝成超級電容。此法獲得的超級電容器分辨率高，電極表面質(zhì)量好，但電極薄膜和電解質(zhì)隔膜的制備過程分離，在電極薄膜打印完成后需要配合隔膜和電解質(zhì)溶液進(jìn)行裝配，工序繁雜，耗時(shí)費(fèi)力，無法實(shí)現(xiàn)微小超級電容器的一次成型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有電容器的制備方法復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種超級電容器的制備方法。該方法采用均勻微滴噴射沉積方法制備電極，以CNTs均勻微滴為制造電容器單元，通過控制微滴的堆積軌跡，逐點(diǎn)、逐線、逐層堆積出CNTs薄膜，并以CNTs薄膜作為超級電容器的第一個(gè)電極;再采用擠壓工藝將PVA聚合物從噴頭中擠出，配合三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)平臺的移動(dòng)，在電極上沉積一層電解質(zhì)薄膜;最后再次采用微滴噴射沉積的方法在電解質(zhì)薄膜上沉積與第一個(gè)電極完全相同的電極，兩個(gè)CNTs電極和PVA電解質(zhì)薄膜構(gòu)成了一個(gè)超級電容器單元。按此過程循環(huán)沉積電解質(zhì)薄膜和電極薄膜，制備出多層超級電容器。本發(fā)明將電極薄膜打印、電解質(zhì)薄膜擠壓以及電容組裝有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了微型、柔性、陣列的片上超級電容器的一次性成型。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:一種超級電容器的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟:
[0007]步驟一、使用超聲波清洗器超聲CNTs懸浮液，將經(jīng)過超聲分散的CNTs懸浮液裝入儲液器4內(nèi)，通過壓力控制器3使CNTs懸浮液充滿連接儲液器4與均勻微滴噴射噴頭10的通道。
[0008]步驟二、通過調(diào)節(jié)振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器5得到穩(wěn)定噴射的CNTs懸浮液微滴9。
[0009]步驟三、獲得單顆穩(wěn)定噴射的CNTs懸浮液微滴9后，運(yùn)行CNTs薄膜打印程序，通過三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板控制器12控制三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6運(yùn)動(dòng)，配合CNTs懸浮液微滴9的定點(diǎn)按需噴射，逐點(diǎn)、逐線、逐層地堆積出CNTs薄膜8 ο打印完成后，保持三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6不動(dòng)。
[0010]步驟四、運(yùn)行電解質(zhì)薄膜擠壓成形程序，通過三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板控制器12控制三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6運(yùn)動(dòng)，配合氣壓栗2供氣給擠壓電解質(zhì)噴頭11，打印成形PVA電解質(zhì)薄膜。
[0011]步驟五、電解質(zhì)薄膜打印完成后，保持三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6不動(dòng)，重復(fù)步驟三在PVA電解質(zhì)薄膜上沉積第二層CNTs薄膜8。
[0012]兩層CNTs薄膜電極與PVA電解質(zhì)薄膜構(gòu)成一個(gè)超級電容器單元。重復(fù)步驟三至步驟五，打印CNTs薄膜電極和PVA電解質(zhì)薄膜，制備出超級電容器。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:該方法采用均勻微滴噴射沉積方法制備電極，以CNTs均勻微滴為制造電容器單元，通過控制微滴的堆積軌跡，逐點(diǎn)、逐線、逐層堆積出CNTs薄膜，并以CNTs薄膜作為超級電容器的第一個(gè)電極;再采用擠壓工藝將PVA聚合物從噴頭中擠出，配合三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)平臺的移動(dòng)，在電極上沉積一層電解質(zhì)薄膜;最后再次采用微滴噴射沉積的方法在電解質(zhì)薄膜上沉積與第一個(gè)電極完全相同的電極，兩個(gè)CNTs電極和PVA電解質(zhì)薄膜構(gòu)成了一個(gè)超級電容器單元。按此過程循環(huán)沉積電解質(zhì)薄膜和電極薄膜，制備出多層超級電容器。本發(fā)明將電極薄膜打印、電解質(zhì)薄膜擠壓以及電容組裝有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了微型、柔性、陣列的片上超級電容器的一次性成型。
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明超級電容器的制備方法用裝置的示意圖。
[0016]圖中，1-氮?dú)馄浚?-氣壓栗，3-壓力控制器，4-儲液器，5-振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，6_三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板，7-溫控儀加熱板，8-CNTs薄膜，9-CNTs懸浮液微滴，10_均勻微滴噴射噴頭，11_擠壓電解質(zhì)噴頭，12-三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板控制器，13-計(jì)算機(jī)，14-溫控儀。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參照圖1。本發(fā)明超級電容器的制備方法用裝置包括氮?dú)馄?、氣壓栗2、壓力控制器3、儲液器4、振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器5、三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6、溫控儀加熱板7、均勻微滴噴射噴頭10、擠壓電解質(zhì)噴頭11、三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板控制器12、計(jì)算機(jī)13和溫控儀14。其中壓力控制器3可向儲液器4內(nèi)施加一定壓力，使均勻微滴噴射噴頭10處的溶液形成壓力值可調(diào)的背壓。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器5可向均勻微滴噴射噴頭10施加頻率、脈寬和幅值均可調(diào)的方波脈沖驅(qū)動(dòng)信號，以實(shí)現(xiàn)不同溶液的均勻微滴噴射。三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6通過三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板控制器12與計(jì)算機(jī)13相連，當(dāng)CNTs懸浮液微滴9從均勻微滴噴射噴頭10噴出時(shí)，配合三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)CNTs懸浮液微滴9的精確沉積并最終形成CNTs薄膜8。溫控儀加熱板7固定在三維聯(lián)合運(yùn)動(dòng)基板6上，并與溫控儀14相連，可實(shí)現(xiàn)打印過