可拉伸的超級(jí)電容器及其制造方法
【專利摘要】提供了可拉伸的超級(jí)電容器及其制造方法?？衫斓某?jí)電容器包括在第一集流器和第二集流器之間的隔板。第一集流器和第二集流器的每個(gè)包括活性材料。第二集流器在第一集流器上。隔板包括電解質(zhì)。隔板、第一和第二集流器的每個(gè)包括彈性聚合物層。第一和第二集流器可以每個(gè)具有三維納米孔結(jié)構(gòu)?？衫斓某?jí)電容器還可以包括與第一集流器接觸的第一電極以及與第二集流器接觸的第二電極。彈性聚合物層可以包括苯乙烯?b?丁二烯?b?苯乙烯(SBS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯三元共聚物和基于硅酮的聚合物中的至少一個(gè)。
【專利說(shuō)明】
可拉伸的超級(jí)電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開(kāi)涉及電容器，更具體地，涉及可拉伸的超級(jí)電容器和/或制造該超級(jí)電容器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容器是用于儲(chǔ)存電荷的器件。超級(jí)電容器也被稱為雙電層電容器或電化學(xué)電容器。當(dāng)電壓被施加到超級(jí)電容器時(shí)，雙層形成在電解質(zhì)和電極之間的界面處。由于該雙層，超級(jí)電容器能夠儲(chǔ)存比一般的電容器更大量的電荷。
[0003]超級(jí)電容器作為在可再生能源應(yīng)用和/或燃料效率高的車輛應(yīng)用中的重要儲(chǔ)存手段而引起關(guān)注。除了具有一般的電容器的優(yōu)點(diǎn)之外，超級(jí)電容器能夠儲(chǔ)存大量的能量。超級(jí)電容器可以是用于代替各種裝置(諸如電力工具、移動(dòng)電子設(shè)備和電動(dòng)機(jī)車輛)中的電池的低成本替代物之一。超級(jí)電容器的能量密度可以相對(duì)地低于電池的能量密度，但是超級(jí)電容器的輸出密度比電池的高得多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供的是一種可應(yīng)用于體積可變部件或表面變形部件的可拉伸的超級(jí)電容器。
[0005 ]提供的是制造該可拉伸的超級(jí)電容器的方法。
[0006]額外的方面將在以下的描述中被部分地闡述，并將部分地從該描述而變得明顯，或者可以通過(guò)實(shí)踐示例實(shí)施例而掌握。
[0007]根據(jù)示例實(shí)施例，一種可拉伸的超級(jí)電容器包括:第一集流器(currentcollector)和第二集流器，每個(gè)包括活性材料;和隔板，設(shè)置在第一集流器和第二集流器之間。該隔板包括電解質(zhì)，隔板、第一集流器和第二集流器的每個(gè)包括彈性聚合物層。
[0008]在示例實(shí)施例中，可拉伸的超級(jí)電容器還可以包括與第一集流器接觸的第一電極以及與第二集流器接觸的第二電極。
[0009]在不例實(shí)施例中，第一電極可以覆蓋第一集流器的一個(gè)表面的整個(gè)表面。第二電極可以覆蓋第二集流器的一個(gè)表面的整個(gè)表面。
[0010]在示例實(shí)施例中，第一和第二電極可以具有皺紋表面。
[0011]在示例實(shí)施例中，第一和第二電極可以包括覆蓋石墨烯薄片層的銀納米線層。
[0012]在示例實(shí)施例中，第一和第二電極的每個(gè)可以包括石墨烯電極、導(dǎo)電橡膠電極和金屬電極中的一個(gè)。
[0013]在示例實(shí)施例中，第一和第二集流器可以具有三維納米孔結(jié)構(gòu)。
[0014]在示例實(shí)施例中，隔板、第一集流器和第二集流器中的至少一個(gè)中的彈性聚合物層可以包括苯乙烯-b_ 丁二烯-b_苯乙烯(SBS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯三元共聚物和基于硅酮的聚合物中的至少一個(gè)。
[0015]在示例實(shí)施例中，基于硅酮的聚合物可以包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯基甲基娃氧燒(polypheny Imethy I si 1xane)、六甲基二娃氧燒(hexamethyldisi 1xane)和聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene adipate terephthalate，PBAT)中的至少一個(gè)。
[0016]在示例實(shí)施例中，活性材料可以是導(dǎo)電的納米材料。
[0017]在示例實(shí)施例中，導(dǎo)電的納米材料可以是碳納米管、石墨烯薄片和金屬線中的一個(gè)。
[0018]根據(jù)示例實(shí)施例，提供一種制造可拉伸的超級(jí)電容器的方法。該方法包括:形成隔板，該隔板包括與第二表面相反的第一表面;形成第一集流器;形成第二集流器；以及將第一和第二集流器分別附接到隔板的第一表面和隔板的第二表面，所以第二集流器面對(duì)第一集流器。隔板以及第一和第二集流器的每個(gè)包括彈性聚合物層。
[0019]在示例實(shí)施例中，形成第一集流器可以包括:在基底基板上形成具有三維納米孔結(jié)構(gòu)的第一彈性聚合物層；以及將第一彈性聚合物層浸泡在包括活性材料的溶液中。第一彈性聚合物可以浸泡在包括活性材料的溶液中達(dá)到期望時(shí)間和/或替代地達(dá)到預(yù)定時(shí)間。
[0020]在示例實(shí)施例中，形成第二集流器可以包括:在基底基板上形成具有三維納米孔結(jié)構(gòu)的第二彈性聚合物層；以及將第二彈性聚合物層浸泡在包括活性材料的溶液中。第二彈性聚合物可以浸泡在包括活性材料的溶液中達(dá)期望和/或可選地預(yù)定的時(shí)間。
[0021]該方法還可以包括:在附接到隔板的第一集流器上形成第一電極；以及在附接到隔板的第二集流器上形成第二電極。
【附圖說(shuō)明】
[0022]從以下結(jié)合附圖對(duì)非限制性的實(shí)施例的描述，這些和/或其他的方面將變得明顯并更易于理解，附圖中:
[0023]圖1至圖3是示出根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的截面圖；
[0024]圖4是在根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器中當(dāng)集流器由苯乙烯-b_丁二烯_b-苯乙烯(SBS)形成時(shí)集流器的表面以及集流器的期望區(qū)域和/或替代地預(yù)定區(qū)域的光學(xué)圖像的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；
[0025]圖5是總結(jié)測(cè)量根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的隔板的應(yīng)變和恢復(fù)力的結(jié)果的表；
[0026]圖6至圖13是示出根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的根據(jù)應(yīng)變的充電和放電特性的圖形；
[0027]圖14是示出根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的根據(jù)應(yīng)變力的電容的變化的圖形；以及
[0028]圖15和圖16是示出根據(jù)示例實(shí)施例的形成可拉伸的超級(jí)電容器的集流器的方法的示意截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述示例實(shí)施例，附圖中示出一些示例實(shí)施例。然而，示例實(shí)施例可以以多種不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施例;而是，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)將透徹和完整，并將發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。附圖中，為了清晰，層和區(qū)域的厚度被夸大。附圖中的同樣的參考符號(hào)和/或標(biāo)記表示同樣的元件，因此它們的描述可以不被重復(fù)。
[0030]將理解，當(dāng)稱一個(gè)元件“連接”或“聯(lián)接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或聯(lián)接到另一元件，或者還可以存在插入的元件。相反，當(dāng)稱一個(gè)元件“直接連接”或“直接聯(lián)接”到另一元件時(shí)，不存在插入元件。用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其他詞語(yǔ)應(yīng)當(dāng)以類似的方式解釋(例如，“在…之間”與“直接在…之間，“與…相鄰”與“直接與…相鄰”，“在…上，，與“直接在…上”)。如這里所用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組入口 ο
[0031 ]將理解，雖然這里可使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受到這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)別開(kāi)。因此，以下討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分而沒(méi)有背離示例實(shí)施例的教導(dǎo)。
[0032]為便于描述這里可以使用諸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)來(lái)描述如附圖所示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)(些)元件或特征之間的關(guān)系。將理解，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)旨在涵蓋除附圖所示取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，被描述為“在”其他元件或特征“之下”或“下面”的元件將會(huì)取向在其他元件或特征“之上”。這樣，術(shù)語(yǔ)“在...下面”能夠涵蓋之上和之下兩種取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他的取向)，這里所用的空間關(guān)系描述符做相應(yīng)解釋。
[0033]這里所用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述特定實(shí)施例的目的，并不旨在限制示例實(shí)施例。如這里所用的，除非上下文另有明確表述，否則單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”，如果在這里使用，指定了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或增加。
[0034]這里參照截面圖描述示例實(shí)施例，這些圖是示例實(shí)施例的理想化實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。因而，由例如制造技術(shù)和/或公差引起的圖示形狀的變化是可能發(fā)生的。因此，示例實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限于這里示出的區(qū)域的特定形狀，而是包括由例如制造引起的形狀偏差在內(nèi)。因此，附圖所示的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不旨在示出器件的區(qū)域的實(shí)際形狀，也并不旨在限制示例實(shí)施例的范圍。
[0035]除非另行定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))都具有示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所通常理解的同樣的含義。還將理解的是，諸如通用詞典中所定義的術(shù)語(yǔ)，除非這里加以明確定義，否則應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的語(yǔ)境中的含義相一致的含義，而不應(yīng)被解釋為理想化的或過(guò)度形式化的意義。
[0036]首先，將描述根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器。
[0037]圖1至3是示出根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的截面圖。
[0038]參照?qǐng)D1，超級(jí)電容器可以包括第一集流器40、隔板42和第二集流器44。第一電極46形成在第一集流器40的下表面上。第二電極48形成在第二集流器44的上表面上。第一集流器40和第一電極46被第一鈍化膜50覆蓋。第二集流器44和第二電極48被第二鈍化膜52覆蓋。第一和第二鈍化膜50和52可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)。
[0039]第一和第二集流器40和44是具有高拉伸特性的彈性聚合物層。例如，第一和第二集流器40和44的每個(gè)可以是可拉伸約300%的，并具有在大部分應(yīng)變區(qū)域內(nèi)的90%或以上的恢復(fù)力。用于形成第一和第二集流器40和44的彈性聚合物層可以包括例如苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯(SBS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯三元共聚物和基于硅酮的聚合物中的至少一個(gè)或兩個(gè)以上的組合。基于硅酮的聚合物可以包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯基甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷和聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)中的至少一個(gè)。第一和第二集流器40和44可以通過(guò)使用靜電紡絲(electro-spinning)方法形成 。第一和第二集流器 40 和44 具有三維納米孔結(jié)構(gòu) 。因此 ，第一和第二集流器40和44的接觸面積比第一和第二集流器40和44不具有納米孔結(jié)構(gòu)時(shí)大得多。圖4示出三維納米孔結(jié)構(gòu)的示例。
[0040]第一和第二集流器40和44分別包括活性材料40a和44a。活性材料40a和44a可以分別均勻地分布在第一和第二集流器40和44的整個(gè)區(qū)域上。由于第一和第二集流器40和44具有三維納米孔結(jié)構(gòu)，所以在供應(yīng)活性材料40a和44a到第一和第二集流器40和44的工藝(涂覆工藝)中，活性材料40a和44a可以在第一和第二集流器40和44的各處被吸收。供應(yīng)活性材料40a和44a的工藝可以是活性材料40a和44a的涂覆工藝。
[0041 ]以這樣的方式，第一和第二集流器40和44中的活性材料40a和44a的含量大于當(dāng)三維納米孔結(jié)構(gòu)不存在時(shí)的含量。由于第一和第二集流器40和44具有三維納米孔結(jié)構(gòu)，所以第一和第二集流器40和44中的離子可以在第一和第二集流器40和44中三維地自由地運(yùn)動(dòng)。因此，第一和第二集流器40和44的特性可以比當(dāng)三維納米孔結(jié)構(gòu)不存在時(shí)更好。
[0042]活性材料40a和44a可以為例如碳納米管(CNT)、石墨烯薄片、金屬納米線或其它的納米材料。第一集流器40的活性材料40a和第二集流器44的活性材料44a可以是相同的或彼此不同。當(dāng)?shù)谝缓偷诙髌?0和44浸泡在包括活性材料40a和44a的溶液中時(shí)，活性材料40a和44a可以滲透到第一和第二集流器40和44中。隔板42可以是彈性聚合物層。由于彈性聚合物層用作隔板42，所以可以保持高的離子導(dǎo)電性并且可以保持熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。隔板42包括電解質(zhì)42a。用于形成第一和第二電極46和48的材料可以為例如石墨烯或?qū)щ娤鹉z。在這一點(diǎn)上，導(dǎo)電橡膠可以是包括導(dǎo)電的納米材料的橡膠。導(dǎo)電的納米材料可以為例如CNT或石墨烯薄片。導(dǎo)電橡膠可以通過(guò)將橡膠浸泡在包含導(dǎo)電的納米材料的溶液中達(dá)到期望時(shí)間和/或替代地達(dá)到預(yù)定時(shí)間而形成。
[0043]參照?qǐng)D2，第一電極46形成為覆蓋第一集流器40的下表面。第一電極46可以接觸第一集流器40的整個(gè)下表面。第二電極48形成為覆蓋第二集流器44的上表面。第二電極48可以接觸第二集流器44的整個(gè)上表面。此外，如圖2中的圓形示出的，第二電極48可以包括第一層48a和覆蓋第一層48a的第二層48b。第一層48a可以包括石墨烯薄片。第二層48b可以包括覆蓋石墨烯薄片的銀納米線。第二電極48的包括第一層48a和第二層48b的構(gòu)造可以應(yīng)用于第一電極46的構(gòu)造。
[0044]第一和第二電極46和48可以是金屬電極，在這一點(diǎn)上，如圖3所示，第一和第二電極46和48的表面可以形成為具有皺折。這種類型的折痕表面可以如此形成:在其中第一集流器40、隔板42和第二集流器44被順序地堆疊的疊層通過(guò)被拉到兩個(gè)方向而被拉伸的狀態(tài)下在第一集流器40的下表面上沉積可用于第一電極46的金屬膜和在第二集流器44的上表面上沉積可用于第二電極48的金屬膜之后，去除施加到該疊層的應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變被除去時(shí)，該疊層由于每個(gè)材料的恢復(fù)力而恢復(fù)。然而，沉積的金屬膜沒(méi)有恢復(fù)力，因此，如圖3所示，第一和第二電極46和48具有皺紋表面。由于沉積的金屬膜具有皺紋表面，所以金屬膜附接到其的第一和第二集流器40和44的界面可以具有與金屬膜的皺紋表面相同類型的皺紋。
[0045]圖4是用于第一和第二集流器40和44的SBS彈性聚合物層的表面的光學(xué)圖像(左偵U和掃描電子顯微鏡(SEM)圖像(右側(cè))。
[0046]參照?qǐng)D4的右側(cè)的圖，在SBS彈性聚合物層中看到大量納米孔。
[0047]圖5是總結(jié)隔板42的拉伸特性的測(cè)試結(jié)果的表，也就是測(cè)量隔板的根據(jù)應(yīng)變程度的恢復(fù)力的測(cè)試結(jié)果。為了獲得測(cè)試結(jié)果，聚氨酯(PU)用作隔板42。在圖5的表中，L0 = 40表示隔板42的長(zhǎng)度在沒(méi)有應(yīng)變的條件下為40mm。此外，LI表示由應(yīng)變導(dǎo)致的拉伸長(zhǎng)度，L2表示在應(yīng)變被去除之后的恢復(fù)長(zhǎng)度。在以上測(cè)試中，應(yīng)變被改變使得隔板4 2從2 5 %拉伸到300%。
[0048]參照?qǐng)D5，隔板42的最后的恢復(fù)大部分超過(guò)該應(yīng)變范圍的90%。在隔板42的長(zhǎng)度被拉伸250%至300%的應(yīng)變處，最后的恢復(fù)率略微地降低但是最后的恢復(fù)率大于85 %。
[0049]接下來(lái)，將參照?qǐng)D6至圖13描述可拉伸的超級(jí)電容器的根據(jù)應(yīng)變的充電和放電特性。對(duì)于此測(cè)試，使用具有IcmX Icm的尺寸的超級(jí)電容器。在用于測(cè)試的超級(jí)電容器中，隔板是PU膜并且集流器是SBSt3Cu箔用作電極。隔板和集流器的厚度是從50μπι至ΙΟΟμπι。
[0050]圖6至圖13是示出根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的根據(jù)應(yīng)變的充電和放電特性的圖形。在圖6至圖13中，橫軸表示時(shí)間s，縱軸表示電勢(shì)V。
[0051]圖6示出超級(jí)電容器的在沒(méi)有應(yīng)變的條件下(也就是，當(dāng)超級(jí)電容器沒(méi)有被拉伸時(shí))的充電和放電特性。
[0052]圖7示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?0%(也就是，超級(jí)電容器被拉伸20%)時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0053]圖8示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?0%(也就是，超級(jí)電容器被拉伸40%)時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0054]圖9示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?0%(也就是，超級(jí)電容器被拉伸60%)時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0055]圖10示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?0% (也就是，超級(jí)電容器被拉伸80 % )時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0056]圖11示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?00% (也就是，超級(jí)電容器被拉伸100 % )時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0057]圖12示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?50% (也就是，超級(jí)電容器被拉伸150 % )時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0058]圖13示出當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?00% (也就是，超級(jí)電容器被拉伸200 % )時(shí)超級(jí)電容器的充電和放電特性。
[0059]參照?qǐng)D7至圖13，直到應(yīng)變達(dá)到80%，超級(jí)電容器的充電和放電之間的間隙根據(jù)應(yīng)變的增大而略微地減小，但是該間隙是可忽略的水平。當(dāng)關(guān)于超級(jí)電容器的應(yīng)變大于80%時(shí)，充電和放電周期沒(méi)有改變。也就是，超級(jí)電容器的充電和放電特性是穩(wěn)定的。此外，最高電勢(shì)值不根據(jù)應(yīng)變而改變。在每個(gè)附圖中，F(xiàn)/g值表示在每個(gè)應(yīng)變處的電容。
[0060]在以上測(cè)試中，根據(jù)應(yīng)變的電容與電勢(shì)一起被測(cè)量，測(cè)量結(jié)果在圖14中示出。根圖14是示出根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的根據(jù)應(yīng)變的電容的變化的圖形。
[0061]參照?qǐng)D14，超級(jí)電容器的電容在沒(méi)有應(yīng)變(也就是，超級(jí)電容器沒(méi)有被拉伸)時(shí)是最大的。當(dāng)超級(jí)電容器的長(zhǎng)度由于應(yīng)變而逐漸地增大時(shí)，超級(jí)電容器的電容減小。當(dāng)超級(jí)電容器的應(yīng)變?yōu)?00 %時(shí)的電容與沒(méi)有應(yīng)變時(shí)相比減少了約11 %。然而，考慮到超級(jí)電容器的應(yīng)變程度，電容的減小可以被認(rèn)為是小的變化。
[0062]因此，認(rèn)為超級(jí)電容器顯示了關(guān)于各種大小的應(yīng)變的穩(wěn)定的操作特性。
[0063]接下來(lái)，將參照?qǐng)D1、圖15和圖16描述根據(jù)示例實(shí)施例的制造可拉伸的超級(jí)電容器的方法。同樣的附圖標(biāo)記用來(lái)表示基本上相同的元件。
[0064]參照?qǐng)D1，形成包括電解質(zhì)42a的隔板42。隔板42可以通過(guò)將聚合物層(其隨后用于隔板42)浸泡在電解質(zhì)溶液中達(dá)到期望時(shí)間和/或替代地達(dá)到預(yù)定時(shí)間而形成。替代地，電解質(zhì)溶液可以涂覆在彈性聚合物層上。在形成隔板42之后，形成第一和第二集流器40和44。第一和第二集流器40和44分別附接到隔板42的下表面和上表面。
[0065]集流器40可以如下形成。
[0066]參照?qǐng)D15，將要用作集流器的彈性聚合物層82形成在基底基板80上。彈性聚合物層82通過(guò)使用靜電紡絲方法形成，因此，三維納米孔結(jié)構(gòu)形成在彈性聚合物層82中。如圖16所示，當(dāng)彈性聚合物層82浸泡在活性材料溶液90中達(dá)到期望時(shí)間的和/或替代地達(dá)到預(yù)定時(shí)間時(shí)，活性材料穿過(guò)三維納米孔結(jié)構(gòu)，并被吸收在彈性聚合物層82的各處。以這樣的方式，形成第一集流器40 ο在將第一集流器40從基底基板80分離之后，第一集流器40附接到隔板42的下表面。第二集流器44也可以以與第一集流器40相同的方法形成。
[0067]接下來(lái)，在將第一和第二集流器40和44附接到隔板42之后，第一電極46形成在第一集流器40上并且第二電極48形成在第二集流器44上。如圖2所示，第一和第二電極46和48可以分別形成為覆蓋第一集流器40的下表面和第二集流器44的上表面。在這一點(diǎn)上，第一和第二電極46和48可以形成為如圖3所示的皺紋形式。
[0068]根據(jù)示例實(shí)施例的可拉伸的超級(jí)電容器的第一和第二集流器40和44以及隔板42分別具有高拉伸特性和高恢復(fù)力的固有特性。因此，可拉伸的超級(jí)電容器可以通過(guò)被應(yīng)用于可拉伸的裝置而用作能量存儲(chǔ)裝置和/或能量供給裝置。此外，可拉伸的超級(jí)電容器可以應(yīng)用于其中體積改變或發(fā)生表面變形的裝置，因此，可拉伸的超級(jí)電容器可以用作可穿戴型能量存儲(chǔ)裝置和/或能量供給裝置。
[0069]此外，由于可拉伸的超級(jí)電容器的集流器在其中具有三維納米孔結(jié)構(gòu)，所以集流器的表面面積增大，并且由于離子可以三維地運(yùn)動(dòng)，所以可以儲(chǔ)存更大量的電荷。因此，在可拉伸的超級(jí)電容器的拉伸和恢復(fù)的過(guò)程中，可以平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)充電和放電。
[0070]可拉伸的超級(jí)電容器可以通過(guò)與其他的可拉伸的裝置例如晶體管、發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池或傳感器結(jié)合而使用。因此，可拉伸的超級(jí)電容器可以用于可穿戴電子設(shè)備和/或膜片型(patch-type)生物醫(yī)學(xué)傳感器。
[0071]雖然已經(jīng)參照附圖描述了一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可以在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化而沒(méi)有背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍，發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍由權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可拉伸的超級(jí)電容器，包括: 第一集流器和第二集流器，每個(gè)包括活性材料，所述第二集流器在所述第一集流器上；和 隔板，在所述第一集流器和所述第二集流器之間， 所述隔板包括電解質(zhì)，并且 所述隔板、所述第一集流器和所述第二集流器的每個(gè)包括彈性聚合物層。2.如權(quán)利要求1所述的可拉伸的超級(jí)電容器，還包括: 與所述第一集流器接觸的第一電極;和 與所述第二集流器接觸的第二電極。3.如權(quán)利要求2所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述第一電極覆蓋所述第一集流器的一個(gè)表面的整個(gè)表面。4.如權(quán)利要求2所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述第二電極覆蓋所述第二集流器的一個(gè)表面的整個(gè)表面。5.如權(quán)利要求2所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述第一電極和所述第二電極具有皺紋表面。6.如權(quán)利要求2所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述第一電極和所述第二電極的每個(gè)包括覆蓋石墨烯薄片層的銀納米線層。7.如權(quán)利要求2所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述第一電極和所述第二電極的每個(gè)包括石墨烯電極、導(dǎo)電橡膠電極和金屬電極中的一個(gè)。8.如權(quán)利要求1所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述第一集流器和所述第二集流器的每個(gè)具有三維納米孔結(jié)構(gòu)。9.如權(quán)利要求1所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述隔板、所述第一集流器和所述第二集流器中的至少一個(gè)中的彈性聚合物層包括苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯(SBS)、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯三元共聚物和基于硅酮的聚合物中的至少一個(gè)。10.如權(quán)利要求9所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述基于硅酮的聚合物包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯基甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷和聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)中的至少一個(gè)。11.如權(quán)利要求1所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中 所述第一集流器和所述第二集流器的每個(gè)中的彈性聚合物層包括苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯，所述隔板中的彈性聚合物包括聚氨酯。12.如權(quán)利要求1所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述活性材料是導(dǎo)電的納米材料。13.如權(quán)利要求12所述的可拉伸的超級(jí)電容器，其中所述導(dǎo)電的納米材料是碳納米管、石墨烯薄片和金屬線中的一個(gè)。14.一種制造可拉伸的超級(jí)電容器的方法，該方法包括: 形成隔板，該隔板包括與第二表面相反的第一表面； 形成第一集流器； 形成第二集流器； 將所述第一集流器附接到所述隔板的第一表面；以及 將所述第二集流器附接到所述隔板的第二表面以面對(duì)所述第一集流器， 所述隔板、所述第一集流器和所述第二集流器的每個(gè)包括彈性聚合物層。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中形成所述第一集流器包括: 在基底基板上形成具有三維納米孔結(jié)構(gòu)的第一彈性聚合物層；以及 將所述第一彈性聚合物層浸泡在包括活性材料的溶液中。16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中形成所述第二集流器包括: 在基底基板上形成具有三維納米孔結(jié)構(gòu)的第二彈性聚合物層；以及 將所述第二彈性聚合物層浸泡在包括活性材料的溶液中。17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 在附接到所述隔板的所述第一集流器上形成第一電極；以及 在附接到所述隔板的所述第二集流器上形成第二電極。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一電極和所述第二電極具有皺紋表面。19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一電極和所述第二電極的每個(gè)包括: 石墨烯薄片層;和 覆蓋所述石墨烯薄片層的銀納米線層。20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一電極和所述第二電極的每個(gè)是石墨烯電極、導(dǎo)電橡膠電極和金屬電極中的一個(gè)。21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述彈性聚合物層包括苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸酯三元共聚物和基于硅酮的聚合物中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】H01G11/84GK105914053SQ201610098679
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月23日
【發(fā)明人】金泰豪, 崔壯旭, 李龍熙
【申請(qǐng)人】三星電子株式會(huì)社, 韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院