一种透明超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种透明超级电容器及其制备方法，具体由两透明碳纳米管膜电极并排负载于透明基体，表面涂覆透明凝胶电解质构成。该超级电容器的两透明电极位于同一平面内，不同于以往传统的三明治夹层结构，该单层电极结构的超级电容器缩短了光传播路径，使光高效透过电容器件，从而实现高透明超级电容器。采用本发明专利技术制备的超级电容器电极部位的透光率高达75％，可见光范围透光率达70-80％。该超级电容器还具有优异的电容器特性和电化学性能。采用本发明专利技术制备透明超级电容器在显示器、触屏、光电转换和储能等领域具有重要应用前景。同时，本发明专利技术提供的透明超级电容器的制备方法，过程简单，容易实现，可规模化和产业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了，具体属于超级电容器

技术介绍
超级电容器具有的高比容量、高功率密度和高循环使用寿命，是应用最为广泛的储能器件之一。当今电子器件便携式、集成化和智能化发展，对作为基本储能单元的超级电容器提出了新的要求。尤其是在透明集成电子领域，例如显示器、触屏、电子书、光电能量转换和储能系统，不仅要求超级电容器具有高的电化学性能，还要求它必须具备高的透明性，以兼容其他器件单元的结构性能要求。传统的超级电容器都是三明治夹层结构，即由两层电极中间填充电解质构成。该结构的超级电容器含多个单元层，每个单元层的透明度都会影响电容器件的整体透光性。此外，目前用的电极材料基本都是碳材料、金属、金属氧化物、导电聚合物或其混合物制备的膜，这些膜电极基本都不透明，两层膜电极叠层组装成三明治结构势必更加降低整个电容器件的透明度。专利201210579735.5公开的一种基于平面梳齿状电极结构的透明柔性电化学器件及其制备方法，主要步骤为先通过光刻法在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基体表面刻蚀一对相互交叉的梳齿状图案，再用电子束蒸法镀膜法在对应的梳齿图案上镀一层镍金属膜，将梳齿图案间隙用隔水胶保护起来，经多次浸渍墨水在镍表面沉积一层碳纳米颗粒薄膜，表面再覆盖一层PET，将上下两层PET边缘封装，最后将液相的四乙基四氟硼酸铵的碳酸丙烯酯溶液作为电解液注入到两PET之间，获得以两梳齿状碳纳米颗粒薄膜为两电极，底层镍膜为集流体的超级电容器。该电容器的两碳纳米颗粒膜电极虽然在同一基体上，但以碳纳米颗粒薄膜电极自身不透光，仅利用两电极间缝隙透光，没有实现真正意义上的透明超电容。此外，采用液相电解质至少需要两层外壳才能封装成电容器，入射光透过整个器件要穿过电极、电解液、上下两层外壳层，这种多层结构不利于获得高透明电容器件。由以上方法制备的电容器缝隙部位的透光率仅42%，电极部位不透光。受传统结构和电极材料限制，目前报道的超级电容器的透光性十分有限，透光度基本在50%以下，远远不能满足实际应用的要求。因此，发展高透明的超级电容器十分必要。
技术实现思路
本专利技术以集成和智能电子的技术发展需求为背景，针对现有的传统结构超级电容器低透光的局限，提供。本专利技术提供的一种透明超级电容器，具体由两透明碳纳米管膜电极并排负载于透明基体，表面涂覆透明凝胶电解质构成，其中两透明碳纳米管膜电极保持一定间距；如图1所示。本专利技术中，所述的透明超级电容器，其特征在于它的具有单层的透明电极结构，两透明碳纳米管膜电极平行并排在同一平面上。该结构只有一层电极，不同于以往传统的三明治夹层结构，因而光只需透过单层电极膜，大大缩短光传输距离，有利于获得高透明电容器件。结合透明碳纳米管膜电极，使光更高效的通过电极，进而获得高透明电容器件。本专利技术中，所述的透明超级电容器的两碳纳米管膜电极间距100本专利技术中，所述的透明超级电容器的电极为透明碳纳米管膜材料，碳纳米管膜由一维碳纳米管连通网络，具有高透光性。本专利技术中，所述的透明碳纳米管膜透光率在50%以上，优选70%以上。本专利技术中，所述的透明碳纳米管膜具有纳米或微米尺度厚度，优选厚度为5_500nmo本专利技术中，所述的透明碳纳米管膜的碳纳米管覆盖率在10% -90%之间。本专利技术中，所述的透明碳纳米管膜的孔隙的孔径尺寸在5nm_5 μπι之间。本专利技术中，所述的透明碳纳米管膜可以通过阵列法、溶液法或气相沉积法制备。本专利技术中，所述的透明碳纳米管膜是由化学气相沉积法制备的。本专利技术中，所述的透明基体为透明的橡胶、塑料、玻璃膜或片。本专利技术中，所述的集流体为金属箔、金属线或金属膜。本专利技术中，所述的导电材料为导电银浆、导电胶。本专利技术中，所述的透明凝胶电解质为硫酸/聚乙烯醇/水、磷酸/聚乙烯醇/水。本专利技术提供的一种透明超级电容器的制备方法，包括以下步骤:(I)先将透明碳纳米管膜通过膜转移法或物理沉积法负载于透明基体，再将碳纳米管膜分割成两电极，两电极保持一定间距；或:通过膜转移或物理沉积法，将两透明碳纳米管膜电极直接负载于透明基体，两电极保持一定间距；(2)分别将两电极一端用导电材料连接集流体；(3)在两电极表面和两电极之间均匀涂覆一层透明凝胶电解质，制得透明的超级电容器。采用本专利技术制备的超级电容器具有高的透光度。以透明碳纳米管膜为电极，制备了透明超级电容器。制备的超级电容器在550nm可见波长下，超级电容器电极部位的透光率达75%以上，在整个可见光范围透光率达70-80%。超级电容器电极间缝隙部位基本完全透光。采用本专利技术制备的超级电容器，还可通过优化碳纳米管膜中碳纳米管结构、孔隙尺寸和碳纳米管膜厚度等，进一步提高超级电容器的透光性。采用本专利技术制备的透明超级电容器，同时具有很好的电化学性能。该超级电容器显示了很好的电容器特性和高的比电容，比电容达到69.5F/g。采用本专利技术制备的透明超级电容器，可应用于在透明电子器件领域，尤其是要求高透明性的显示器、触屏、电子书、光电能量转换和储能系统，具有重要应用前景。本专利技术提供的制备透明超级电容器的方法，过程简单，容易实现，单层电极结构还能发展超薄和超大面积透明超级电容器，可实现规模化生产和应用。与现有超级电容器和制备技术相比，本专利技术具有以下效益和技术效果:1、采用单层电极结构，减少光传播路径，使光更有效通过，实现高透明电容器件；2、采用单层电极结构，还能实现超薄超级电容器；3、采用单层电极结构，还能实现超大面积超级电容器；4、采用单层的对称电极结构，能更方便实现电极或整个超级电容器的串联和并联;5、采用透明碳纳米管膜为电极，利用碳纳米管膜高导电和高比表面积，制备的超级电容器实现高透明的同时，也实现高电化学性能；6、本专利技术提供的透明超级电容器的制备方法，过程简单，容易控制，容易实现，可规模化生产和应用。【附图说明】图1:本专利技术提供的透明超级电容器结构示意图。图2:本专利技术制备透明超级电容器采用的透明碳纳米管膜电极材料照片。图3:本专利技术制备透明超级电容器采用的透明碳纳米管膜电极材料扫描电镜照片。图4:采用本专利技术实施例1制备的透明超级电容器照片。图5:采用本专利技术实施例1制备的透明超级电容器的紫外-可见吸收光谱。图6:采用本专利技术实施例1制备的透明超级电容器的循环伏安曲线，扫描速率为100mV/so图7:采用本专利技术实施例1制备的透明超级电容器的恒流充放电曲线，电流密度为0.lA/g。【具体实施方式】实施例1以化学气相沉积制备的铝箔支撑的碳纳米管膜为电极。碳纳米管膜透光率75%。图2所示为本专利技术采用的透明碳纳米管膜电极材料照片，显示了高的透明性。碳纳米管膜厚lOOnm，膜内碳纳米管覆盖率约30%，碳纳米管间孔隙的孔径尺寸5nm-5ym。图3为本专利技术采用的透明碳纳米管膜扫描电镜照片。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为透明基体，具体将橡胶液与固化剂(Sylgard 184，道康宁公司)以质量比10:1混合均勾，以一定质量倒入塑料模具使混合液自流平，抽真空2h除气泡，室温静置固化48h，得到厚Imm的PDMS透明片。用刀片将PDMS片切成合适尺寸的矩形小片，作为透明基体。以硫酸/聚乙烯醇/水为凝胶电解质，具体将5g浓硫酸(98% )加入50g去离子水中混合均匀，再加5g聚乙烯醇粉(PVA1Aldrich,分子量 14本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明超级电容器，其特征是由两透明碳纳米管膜电极并排负载于透明基体，表面涂覆透明凝胶电解质构成，其中两透明碳纳米管膜电极保持一定间距。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚利，康艳茹，郗帅鹏，韩帅帅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12