一种构筑可拉伸集成化无线充电超级电容器的方法及应用

本申请涉及一种构筑可拉伸集成化无线充电超级电容器的方法及应用，属于能源储存领域。

背景技术：

1、小型化、柔性化超级电容器在未来的生产生活中非常重要，它可以为各种小型化、可穿戴电子器件提供能源，以构建功能化的小型化、可穿戴电子系统。但是传统有线充电的方式与小型化、柔性化超级电容器的兼容性差，为实际应用带来诸多不便。此外，超级电容器及无线充电电路不可拉伸的特点也极大影响了其在可穿戴电子中的应用。为此，需要开发与超级电容器高度集成化、一体化的无线充电技术，以满足下一代可穿戴器件的使用需求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于发展可以实现可拉伸功能的无线充电超级电容器，为未来穿戴电子的发展提供技术支撑。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种构筑可拉伸集成化无线充电超级电容器的方法，包括以下步骤：

3、1)将导电材料制备成无线充电线圈与超级电容器集成一体化图案的薄膜；

4、2)将绝缘基底进行预拉伸；

5、3)将步骤1)制备的薄膜转移粘贴到步骤(2)获得的预拉伸基底上；

6、4)释放拉伸，并在薄膜中的电极位置涂覆电解质，得到可拉伸集成化无线充电超级电容器；

7、其中，步骤1)中，所述无线充电线圈呈螺旋状排列成的矩形线圈或圆形线圈，所述无线充电线圈的内端作为超级电容器的电极。

8、可选地，所述无线充电线圈的线宽为0.2～2mm，线圈间距为0.2～2mm，所述无线充电线圈的最外圈线段长度≤10cm，最内圈线段长度≤10cm；

9、其中所述线圈间距为无线充电线圈相邻线圈之间的距离；

10、所述超级电容器具有交叉指结构，所述交叉指结构的数目为4～20个。

11、可选地，所述超级电容器的指电极宽度为0.2～1mm，指间距为0.2～1mm，指电极的长度为0.5～1cm。

12、可选地，所述导电材料选自石墨烯、碳纳米管、mxene中的至少一种。所述导电材料具有高导电，高电容电。

13、可选地，所述绝缘基底选自聚合物基底、生物质基底、水凝胶基底中的至少一种。

14、可选地，所述电解质选自硫酸、磷酸、氢氧化钾、硫酸钠、氯化锂、硫酸/聚乙烯醇、磷酸/聚乙烯醇、氢氧化钾/聚乙烯醇、氯化锂/聚乙烯醇、硫酸钠/聚乙烯醇、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/聚偏氟乙烯，双三氟甲烷磺酰亚胺锂/聚偏氟乙烯中的一种。

15、可选地，步骤1)中，将导电材料制备成无线充电线圈与超级电容器集成一体化图案的薄膜的制备方法选自激光切割、印刷、涂布、喷涂、真空过滤中的任意一种。

16、可选地，所述印刷包括喷墨打印、丝网印刷、3d打印中的任意一种。

17、可选地，所述超级电容器包括一个或多个电容器串联和/或并联组成的模块。

18、可选地，所述薄膜的厚度为20nm～500μm。

19、可选地，所述预拉伸包括单向拉伸或双向拉伸。

20、可选地，所述单向拉伸或双向拉伸的形变量为100％～3000％。

21、根据本申请的又一个方面，提供了可拉伸集成化无线充电超级电容器的应用，其主要应用于能源储存、微型电子、可穿戴电子领域。

22、本申请能产生的有益效果包括：

23、1)本申请所提供的方法，在同一基底上实现了无线充电线圈与微型超级电容器的集成，实现了在变化磁场中为微型超级电容器充电的功能，避免了繁琐的有线充电方式；

24、2)本申请所提供的方法，通过将无线充电线圈与超级电容器一体化集成，避免了使用金属导线连接无线充电线圈与超级电容器，从而消除了导线与无线充电线圈、导线与超级电容器之间的界面，提高了无线充电超级电容器的一体性，有助于其在形变状态下保持性能稳定；

25、3)本申请提供的方法，将绝缘基底进行预拉伸，可以赋予该一体化无线充电超级电容器在拉伸形变下正常工作的能力，因而适合柔性电子皮肤、可穿戴应用等场景。

技术特征：

1.一种构筑可拉伸集成化无线充电超级电容器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线充电线圈的线宽为0.2～2mm，线圈间距为0.2～2mm，所述无线充电线圈的最外圈线段长度≤10cm，最内圈线段长度≤10cm；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘基底选自聚合物基底、生物质基底、水凝胶基底中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质选自硫酸、磷酸、氢氧化钾、硫酸钠、氯化锂、硫酸/聚乙烯醇、磷酸/聚乙烯醇、氢氧化钾/聚乙烯醇、氯化锂/聚乙烯醇、硫酸钠/聚乙烯醇、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/聚偏氟乙烯，双三氟甲烷磺酰亚胺锂/聚偏氟乙烯中的一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，将导电材料制备成无线充电线圈与超级电容器集成一体化图案的薄膜的制备方法选自激光切割、印刷、涂布、喷涂、真空过滤中的任意一种；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超级电容器包括一个或多个电容器串联和/或并联组成的模块。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜的厚度为20nm～500μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预拉伸包括单向拉伸或双向拉伸。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述单向拉伸或双向拉伸的形变量为100％～3000％。

10.一种根据权利要求1至9任意一项所述的方法制备的可拉伸集成化无线充电超级电容器的应用，其特征在于，所述可拉伸集成化无线充电超级电容器应用于能源储存、微型电子、可穿戴电子领域。

技术总结
本申请公开了一种构筑可拉伸集成化无线充电超级电容器的方法及应用，包括以下步骤：1)将导电材料制备成无线充电线圈与超级电容器集成一体化图案的薄膜；2)将绝缘基底进行预拉伸；3)将步骤1)制备的薄膜转移粘贴到预拉伸基底上；4)释放拉伸，并在薄膜中的电极位置涂覆电解质，得到可拉伸集成化无线充电超级电容器；其中，步骤1)中，所述无线充电线圈呈螺旋状排列成的矩形线圈或圆形线圈，所述无线充电线圈的内端作为超级电容器的电极。通过本申请将无线充电线圈与超级电容器集成一体化图案，并将其粘附到预拉伸的基底上，实现了电容器的小型，柔性，可穿戴。

技术研发人员：吴忠帅,师晓宇
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16