一种储能膜及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种储能膜及其制作方法，具体涉及一种具有氟化石墨烯(GF，graphene fluoride)夹在芳纶纳米纤维(ANF，aramid nanofiber)中的结构的高温蓄电储能膜及其制作方法。作方法。作方法。

【技术实现步骤摘要】
一种储能膜及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种储能膜及其制作方法，具体涉及一种具有氟化石墨烯 (GF，graphene fluoride)夹在芳纶纳米纤维(ANF，aramid nanofiber)中 的结构的高温蓄电储能膜及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着便携式电子设备的快速普及，在可穿戴电子装置、新一代微电子 技术、电动汽车以及航空宇宙系统等多个
中，具有高能量、高电 力密度(power density)、快速的充放电周期的轻软的储能装置是必需的。 电容器是用于高级集成电子及电力系统的部件之一。介电(静电)电容器 可以储存电能，且基于高功率密度和低能量损耗，通过施加/去除外部电场 能够快速充/放电。
[0003]高介电常数(ε
r
)和击穿强度(E
b
)均为达成高储能密度所必需的， 聚合物由于优异的机械柔软性、高击穿强度、易加工性、扩张性以及低成 本，成为新崛起的介电材料。然而，大部分的聚合物由于相对低的介电常 数(ε
r
)(小于10)和低电极化性，储能密度较低。为了改善聚合物材料的 ε
r
，将具有高ε
r
的陶瓷或导电性纳米物质作为聚合物基体的填料。然而， 使用这种填料妨害称为“低电损耗”的重要特性。
[0004]并且，目前的介电高分子纳米复合体受限于相对低的工作温度(一般 低于200℃)，存在难以实际应用的问题。尤其，由于在高电场和高温下的 发热问题，需要引入复杂的放热系统，由此会使设计变得复杂，对于汽车 的燃油效率产生影响。
[0005]为了提高电介高分子的热稳定性，引入了氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2) 以及如氮化硼纳米片(BNNS)陶瓷填料，但会引起复杂的制作工艺、成 本增加以及柔软性降低等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术用于解决上述问题，目的在于提供一种储能膜及其制作方法， 其具有高温蓄电储能特性(高能量密度及充放电效率)、成本低、量产性 优异。
[0007]根据本专利技术的一个实施例的储能膜包括：包含芳纶纳米纤维(ANF， aramid nanofiber)的第一层和第二层；包含氟化石墨烯(GF，graphenefluoride)的第一中间层，其配置在所述第一层和所述第二层之间。
[0008]根据本专利技术的一个实施例的储能膜，其特征在于，所述芳纶纳米纤维 通过交联剂交联结合。
[0009]根据本专利技术的一个实施例的储能膜，其特征在于，所述氟化石墨烯从 氟化石墨(graphite fluoride)剥离，其横向尺寸(lateral size)为0.1μm至 10μm。
[0010]根据本专利技术的一个实施例的储能膜，其特征在于，由包含0.1mg
·
mL
‑1至30mg
·
mL
‑1浓度的氟化石墨烯的GF悬浮液形成所述第一中间层。
[0011]根据本专利技术的一个实施例的储能膜，其特征在于，所述芳纶纳米纤维 的直径为
5nm
‑
50nm。
[0012]根据本专利技术的一个实施例的储能膜，其特征在于，还包括：包含芳纶 纳米纤维的第三层；以及包含氟化石墨烯的第二中间层，其配置在所述第 二层和所述第三层之间。
[0013]根据本专利技术的一个实施例的储能膜的制作方法包括：制备包含氟化石 墨烯的悬浮液的步骤；制备芳纶纳米纤维悬浮液的步骤；在基于所述芳纶 纳米纤维悬浮液制作的芳纶纳米纤维膜上涂覆所述氟化石墨烯悬浮液的 步骤；以及，在所述氟化石墨烯上形成芳纶纳米纤维悬浮液，并进行浇铸 及干燥(Casting&Drying)的步骤。
[0014]根据本专利技术的一个实施例的储能膜的制作方法，其特征在于，所述氟 化石墨烯从氟化石墨(graphite fluoride)剥离。
[0015]所述氟化石墨烯的剥离工艺基于剪切诱导流体反应器(shear
‑
inducedfluidic reactor)、尖端超声(tip sonication)以及球磨(ball milling)中的至 少任意一种进行。
[0016]所述芳纶纳米纤维悬浮液包含基于交联剂交联结合的芳纶纳米纤维。
[0017]所述包含氟化石墨烯的悬浮液包含0.1mg
·
mL
‑1至30mg
·
mL
‑1浓度的 氟化石墨烯。
[0018]根据本专利技术的不同实施例的储能膜具有夹层结构，使得高温蓄电能量 特性优异。具体地，本专利技术的储能膜有效地减少漏电流密度，从而具有大 位移、高能量密度以及充放电效率，在高温下也可以保持优异的击穿强度。
[0019]本专利技术的储能膜的柔软性优异，从而能够适用于柔性电子装置。
[0020]本专利技术的储能膜可以适用于要求严峻工作温度的可穿戴电子装置、新 一代微电子技术、电动汽车以及航空宇宙系统等不同领域。
附图说明
[0021]图1的(a)是本专利技术的储能膜制作方法的示意模式图；(b)是作为底 部层的PANF膜的上部表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；(c)是涂覆 有作为中间层的GF膜的PANF膜的上部表面的SEM图像；(d)是对涂覆 有GF膜的PANF膜的氟(F)元素进行能量色散x射线分析(EDX，energydispersive X
‑
ray analysis)的映射图像；(e)是两个ANF层之间插入GF层 的AGA5膜的截面SEM图像；(f)是对AGA5膜截面的F元素进行EDX 的映射图像；(g)是缠绕为卷状的AGA5膜的数码照片。
[0022]图2的(a)GF的低倍率透射电子显微镜(TEM)图像；(b)是GF 的高倍率TEM图像，(b)中插入的图像为以框表示的部分的选择区域电 子衍射(SAED，Selected Area Electron Diffraction)；(c)是对被剥离的100 张GF的统计分析结果；(d)是ANF的TEM图像；(e)是GF、ANF以 及AGA5膜的X射线衍射(XRD)图案；(f)是GF、ANF、PANF以及 AGA5膜的热重量分析(TGA)结果。
[0023]图3的(a)和(b)是在103至106Hz范围的频率下测量的PANF、 AGA3以及AGA5膜的介电常数(Dielectric Constant，ε
r
)以及介电损耗 (Dielectric Loss，tanδ)；(c)和(d)是在103Hz下，基于温度的介电常 数以及介电损耗的测量结果。
[0024]图4的(a)在不同电场下的PANF以及AGA膜的威尔布(weibull) 曲线；(b)是从weibull曲线中提取的PANF以及AGA膜的击穿强度(Breakdown Strength，Eb)(符号：实心矩形)以及形状参数(Shapeparameter，β)(符号：实心圆形)；(c)是不同温度下的AGA5膜以及
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能膜，包括：第一层和第二层，所述第一层和所述第二层包含芳纶纳米纤维；第一中间层，其包含氟化石墨烯且配置在所述第一层和所述第二层之间。2.根据权利要求1所述的储能膜，其特征在于：所述芳纶纳米纤维通过交联剂交联结合。3.根据权利要求1所述的储能膜，其特征在于：所述氟化石墨烯从氟化石墨剥离，并且所述氟化石墨烯的横向尺寸为0.1μm至10μm。4.根据权利要求1所述的储能膜，其特征在于：由包含0.1mg
·
mL
‑1至30mg
·
mL
‑1浓度的氟化石墨烯的GF悬浮液形成所述第一中间层。5.根据权利要求1所述的储能膜，其特征在于：所述芳纶纳米纤维的直径为5nm至50nm。6.根据权利要求1所述的储能膜，其特征在于，还包括：第三层，其包含芳纶纳米纤维；以及第二中间层，其包含氟化石墨烯且配置在所述第二层和所述第三层之...

【专利技术属性】
技术研发人员：金性龍，吴珉灿，
申请(专利权)人：韩国交通大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：