基于SiC納米陣列的柔性全固態超級電容器及制備方法
【專利摘要】一種制備基于SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，該超級電容器包括柔性正電極、固體電解質、隔膜和柔性負電極，其包括以下具體步驟：本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該SiC納米線陣列的柔性超級固態電容器的制備方法包括以下具體步驟：（1）在柔性碳布、石墨烯膜上生長碳化硅或氮摻雜的或鋁摻雜的碳化硅納米線陣列做為超級電容器的正、負電極，并裁剪成合適的大小；（2）將質量百分比為30~50%的聚乙烯醇、30~50%磷酸和20~40%的水在70~90°C下攪拌混合均勻制成電解質；（3）將電解質分別涂敷在柔性正、負電極表面，在空氣環境中待體電解質成型；（4）在柔性正、負電極間放入隔膜疊壓在一起，靜置干燥即可得到柔性全固態超級電容器。此固態超級電容器在彎折和扭曲的情況下，性能沒有明顯變化。
【專利說明】
基于S i C納米陣列的柔性全固態超級電容器及制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，屬于電化學儲能器件制備技術領域。
【背景技術】
[0002]電子器件技術正在向微小型化、集成化和柔性化方向發展。與傳統電子器件相比，柔性電子器件在便攜式、可穿戴電子產品及航空航天、生物醫學、信息、能源等領域具有重要的應用前景。2013年8月，柔性技術已經被外媒評選為全球十大科技進展之一。為了滿足這些柔性電子產品廣泛的應用需求，儲能器件不僅要有較大的能量和功率密度，同時要有優良的柔韌性和可加工性以滿足未來柔性集成電路技術和制造工藝飛速發展的要求。
[0003]超級電容器，是一種基于電極材料存儲電荷的新型高效儲能器件，性能介于傳統靜電電容器和電池的之間，具有高能量密度、長循環壽命、充放電快速、工作溫度范圍寬等突出優點，主要是利用雙電層和氧化還原贗電容存儲電能，在消費類電子、汽車等領域有望得到大規模應用。伴隨著具有納米結構的新型電極材料引入超級電容器，納米材料獨特的物理、化學性能使得超級電容器的高性能逐漸得到提高，設計具有陣列結構、高導電性、高比表面積柔性全固態超級電容器電極材料越來越成為可能。
[0004]SiC具有耐化學腐蝕性好、強度高、硬度高、耐高溫及獨特的優異電學和光學等性能，是研究微電子器件和光電子器件理想的新型半導體材料。摻雜氮和鋁的碳化硅納米線陣列因具有較好的導電性及高的比表面積，有望成為較好的超級電容器電極材料。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是基于碳化硅納米線陣列及摻雜氮和鋁的碳化硅納米線陣列的優良的物理、化學性能提供一種制備基于SiC納米線陣列的柔性固態超級電容器的制備方法。
[0006]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:該SiC納米線陣列的柔性超級固態電容器的制備方法包括以下具體步驟:
(1)在柔性碳布、石墨烯膜上生長碳化硅或氮摻雜的或鋁摻雜的碳化硅納米線陣列做為超級電容器的正、負電極，并裁剪成合適的大小；
(2)將質量百分比為30?50%的聚乙烯醇、30?50%磷酸或硫酸和20?40%的水在70?90°C下攪拌混合均勻制成電解質；
(3)將電解質分別涂敷在柔性正、負電極表面，在空氣環境中待體電解質成型；
(4)將柔性正、負電極間放入隔膜疊壓在一起，靜置干燥即可得到柔性全固態超級電容器。
[0007]所述步驟(4)中所用的隔膜為親水性隔膜。
[0008]與現有技術相比，本發明的優點在于:
與已報道的沒有摻雜的SiC納米線陣列的電容器相比，本發明實現了氮和鋁摻雜的柔性全固態超級電容器的制備。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明所制得的超級電容器器件的結構原理圖。
[0010]圖2為本發明實施例一所制得的SiC超級電容器在不同掃描速率下的循環伏安曲線。
[0011]圖3為本發明實施例一所制得的SiC超級電容器的恒電流充放電曲線。
[0012]圖4為本發明實施例一所制得的SiC超級電容器在不彎折和彎折90度、180度及扭曲60度、120度、240度情況下的循環伏安曲線對比圖。
[0013]圖5為本發明實施例二所制得的SiC超級電容器在不同掃描速率下的循環伏安曲線。
[0014]圖6為本發明實施例二所制得的SiC超級電容器的恒電流充放電曲線。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0016]實施例一
(I)首先采用化學氣相沉積法在碳布上生長氮摻雜的碳化硅納米線陣列，(2)并裁剪成合適的大小，作為正、負極，(2)配制PVA/H3P04水凝膠溶液，然后將液滴滴在長有SiC納米線的碳布上，旋涂一層該水凝膠溶液并干燥；(3)將水溶性隔膜置于上一步驟中得到的兩片電極-固體電解質正負極材料中間，對稱地貼合在一起，靜置干燥后即完成器件組裝。所制得的超級電容器在不同掃描速率下的循環伏安曲線如圖2所示，從上到下，掃描速率依次為:30、20、10、5、2V/s ；所制得的超級電容器恒電流充放電曲線如圖3所示，從左到右的充放電電流密度依次為:28、14、7、2、ImA /cm2，所制得的SiC超級電容器在不彎折和彎折90度、180度及扭曲60度、120度、240度情況下的循環伏安曲線如圖4所示，可見此固態超級電容器在彎折和扭曲的情況下，性能沒有明顯變化。
[0017]實施例二
(I)首先采用化學氣相沉積法在碳布上生長鋁摻雜的碳化硅納米線陣列，(2)并裁剪成合適的大小，作為正、負極，(2)配制PVA/H2S04水凝膠溶液，然后將液滴滴在長有SiC納米線的碳布上，旋涂一層該水凝膠溶液并干燥；(3)將水溶性隔膜置于上一步驟中得到的兩片電極-固體電解質正負極材料中間，對稱地貼合在一起，靜置干燥后即完成器件組裝。所制得的超級電容器在不同掃描速率下的循環伏安曲線如圖5所示，從上到下，掃描速率依次為:20、1、5、2、I V/s;所制得的超級電容器恒電流充放電曲線如圖6所示，從左到右的充放電電流密度依次為:70、35、15、5、2mA/ cm2。
【主權項】
1.一種制備基于SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，該超級電容器包括柔性正電極、固體電解質、隔膜和柔性負電極，其包括以下具體步驟: (1)將固態電解質分別涂敷在柔性正、負電極表面，在空氣環境中待固體電解質成型； (2)將柔性正、負電極間放入隔膜疊壓在一起，靜置干燥，即可得到柔性全固態超級電容器。2.根據權利要求1所述的SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中使用的正、負電極是生長在柔性碳布、石墨烯膜上的碳化硅或氮摻雜的或鋁摻雜的碳化硅納米線陣列。3.根據權利要求1所述的SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中使用的固態電解質為質量百分比為30?50%的聚乙烯醇、30?50%磷酸和20?40%的水在70?90° C下攪拌混合均勻制成的水凝膠。4.根據權利要求1所述的SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中所采用的隔膜為親水性隔膜。5.根據權利要求1所述的SiC納米線陣列的柔性全固態超級電容器的制備方法，其特征在于:所述的柔性是指整個器件可以在O?180度彎折，O?360度扭曲范圍內性能不發生明顯變化。
【文檔編號】H01G11/86GK105826086SQ201510513078
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年8月20日
【發明人】陳友強, 張新霓
【申請人】青島大學