基于SiC纳米阵列的柔性全固态超级电容器及制备方法
【专利摘要】一种制备基于SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，该超级电容器包括柔性正电极、固体电解质、隔膜和柔性负电极，其包括以下具体步骤：本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该SiC纳米线阵列的柔性超级固态电容器的制备方法包括以下具体步骤：（1）在柔性碳布、石墨烯膜上生长碳化硅或氮掺杂的或铝掺杂的碳化硅纳米线阵列做为超级电容器的正、负电极，并裁剪成合适的大小；（2）将质量百分比为30~50%的聚乙烯醇、30~50%磷酸和20~40%的水在70~90°C下搅拌混合均匀制成电解质；（3）将电解质分别涂敷在柔性正、负电极表面，在空气环境中待体电解质成型；（4）在柔性正、负电极间放入隔膜叠压在一起，静置干燥即可得到柔性全固态超级电容器。此固态超级电容器在弯折和扭曲的情况下，性能没有明显变化。
【专利说明】
基于S i C纳米阵列的柔性全固态超级电容器及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，属于电化学储能器件制备技术领域。
【背景技术】
[0002]电子器件技术正在向微小型化、集成化和柔性化方向发展。与传统电子器件相比，柔性电子器件在便携式、可穿戴电子产品及航空航天、生物医学、信息、能源等领域具有重要的应用前景。2013年8月，柔性技术已经被外媒评选为全球十大科技进展之一。为了满足这些柔性电子产品广泛的应用需求，储能器件不仅要有较大的能量和功率密度，同时要有优良的柔韧性和可加工性以满足未来柔性集成电路技术和制造工艺飞速发展的要求。
[0003]超级电容器，是一种基于电极材料存储电荷的新型高效储能器件，性能介于传统静电电容器和电池的之间，具有高能量密度、长循环寿命、充放电快速、工作温度范围宽等突出优点，主要是利用双电层和氧化还原赝电容存储电能，在消费类电子、汽车等领域有望得到大规模应用。伴随着具有纳米结构的新型电极材料引入超级电容器，纳米材料独特的物理、化学性能使得超级电容器的高性能逐渐得到提高，设计具有阵列结构、高导电性、高比表面积柔性全固态超级电容器电极材料越来越成为可能。
[0004]SiC具有耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高、耐高温及独特的优异电学和光学等性能，是研究微电子器件和光电子器件理想的新型半导体材料。掺杂氮和铝的碳化硅纳米线阵列因具有较好的导电性及高的比表面积，有望成为较好的超级电容器电极材料。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是基于碳化硅纳米线阵列及掺杂氮和铝的碳化硅纳米线阵列的优良的物理、化学性能提供一种制备基于SiC纳米线阵列的柔性固态超级电容器的制备方法。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:该SiC纳米线阵列的柔性超级固态电容器的制备方法包括以下具体步骤:
(1)在柔性碳布、石墨烯膜上生长碳化硅或氮掺杂的或铝掺杂的碳化硅纳米线阵列做为超级电容器的正、负电极，并裁剪成合适的大小；
(2)将质量百分比为30?50%的聚乙烯醇、30?50%磷酸或硫酸和20?40%的水在70?90°C下搅拌混合均匀制成电解质；
(3)将电解质分别涂敷在柔性正、负电极表面，在空气环境中待体电解质成型；
(4)将柔性正、负电极间放入隔膜叠压在一起，静置干燥即可得到柔性全固态超级电容器。
[0007]所述步骤(4)中所用的隔膜为亲水性隔膜。
[0008]与现有技术相比，本发明的优点在于:
与已报道的没有掺杂的SiC纳米线阵列的电容器相比，本发明实现了氮和铝掺杂的柔性全固态超级电容器的制备。
【附图说明】
[0009]图1为本发明所制得的超级电容器器件的结构原理图。
[0010]图2为本发明实施例一所制得的SiC超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线。
[0011]图3为本发明实施例一所制得的SiC超级电容器的恒电流充放电曲线。
[0012]图4为本发明实施例一所制得的SiC超级电容器在不弯折和弯折90度、180度及扭曲60度、120度、240度情况下的循环伏安曲线对比图。
[0013]图5为本发明实施例二所制得的SiC超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线。
[0014]图6为本发明实施例二所制得的SiC超级电容器的恒电流充放电曲线。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0016]实施例一
(I)首先采用化学气相沉积法在碳布上生长氮掺杂的碳化硅纳米线阵列，(2)并裁剪成合适的大小，作为正、负极，(2)配制PVA/H3P04水凝胶溶液，然后将液滴滴在长有SiC纳米线的碳布上，旋涂一层该水凝胶溶液并干燥；(3)将水溶性隔膜置于上一步骤中得到的两片电极-固体电解质正负极材料中间，对称地贴合在一起，静置干燥后即完成器件组装。所制得的超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线如图2所示，从上到下，扫描速率依次为:30、20、10、5、2V/s ；所制得的超级电容器恒电流充放电曲线如图3所示，从左到右的充放电电流密度依次为:28、14、7、2、ImA /cm2，所制得的SiC超级电容器在不弯折和弯折90度、180度及扭曲60度、120度、240度情况下的循环伏安曲线如图4所示，可见此固态超级电容器在弯折和扭曲的情况下，性能没有明显变化。
[0017]实施例二
(I)首先采用化学气相沉积法在碳布上生长铝掺杂的碳化硅纳米线阵列，(2)并裁剪成合适的大小，作为正、负极，(2)配制PVA/H2S04水凝胶溶液，然后将液滴滴在长有SiC纳米线的碳布上，旋涂一层该水凝胶溶液并干燥；(3)将水溶性隔膜置于上一步骤中得到的两片电极-固体电解质正负极材料中间，对称地贴合在一起，静置干燥后即完成器件组装。所制得的超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线如图5所示，从上到下，扫描速率依次为:20、1、5、2、I V/s;所制得的超级电容器恒电流充放电曲线如图6所示，从左到右的充放电电流密度依次为:70、35、15、5、2mA/ cm2。
【主权项】
1.一种制备基于SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，该超级电容器包括柔性正电极、固体电解质、隔膜和柔性负电极，其包括以下具体步骤: (1)将固态电解质分别涂敷在柔性正、负电极表面，在空气环境中待固体电解质成型； (2)将柔性正、负电极间放入隔膜叠压在一起，静置干燥，即可得到柔性全固态超级电容器。2.根据权利要求1所述的SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中使用的正、负电极是生长在柔性碳布、石墨烯膜上的碳化硅或氮掺杂的或铝掺杂的碳化硅纳米线阵列。3.根据权利要求1所述的SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中使用的固态电解质为质量百分比为30?50%的聚乙烯醇、30?50%磷酸和20?40%的水在70?90° C下搅拌混合均匀制成的水凝胶。4.根据权利要求1所述的SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中所采用的隔膜为亲水性隔膜。5.根据权利要求1所述的SiC纳米线阵列的柔性全固态超级电容器的制备方法，其特征在于:所述的柔性是指整个器件可以在O?180度弯折，O?360度扭曲范围内性能不发生明显变化。
【文档编号】H01G11/86GK105826086SQ201510513078
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年8月20日
【发明人】陈友强, 张新霓
【申请人】青岛大学