【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性电子，尤其是涉及一种柔性集成式储能系统及其制备方法和应用。
技术介绍
1、可穿戴设备因其便携，在身体健康监测方面的应用潜力而在当今科技发展中扮演着愈加重要的角色。它不仅可以实现在日常生活中对心率、步数、睡眠状态等基础健康指数的监测，还因其小而便携，可实时监测；进一步的，其功能还拓展到了医疗领域，为医护人员的远程监护和早期干预提供了新的工具。但目前商业所用可穿戴设备，仍旧不能真正实现和身体的无缝融合，影响了其检测精度，限制了它进一步应用于医疗领域，因而衍生出了超柔性的可穿戴设备。超柔性可穿戴设备具有能够与人体真正无缝接触的人机界面，提供了极致的机械顺应性，舒适的用户体验，高精度的数据记录，使个人能够方便地获得个性化的医疗保健解决方案。
2、在目前的超柔性可穿戴设备中，大块硬币电池和可充电电池仍旧是主流电源，这限制了集成系统的整体机械顺应性，并需要频繁充电或更换。如何实现具有高效率、易于集成、工作稳定性和不间断电源的柔性能源系统，是下一代可穿戴电子产品所面临的重大挑战之一。
3、基于热电和压电发电的自供电可穿戴设备在这一领域取得了令人瞩目的成就，但总体厚度都在500μm～1mm，且只具备较低的能量输出(3～5mwh·cm–2)，较低的机械顺应性，不理想的效率，都使得这类自供电设备无法满足超柔性可穿戴设备的集成要求。
4、基于聚合物的柔性有机太阳能电池(opto photovoltaic，opv)为解决这一问题提供了全新可能，它具备轻便灵活，顺应性强，以及在单位质量上较高的能量密度
5、综上，为了更好的实现可穿戴设备的功能，需要设计兼具供电系统和储能系统的集成设备，但是现有的集成设备的厚度和能量储存密度难以兼顾。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种柔性集成式储能系统，能够有效提高能量存储密度并降低厚度。
2、本专利技术还提供了一种包括所述柔性集成式储能系统的可穿戴健康监测平台。
3、根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种柔性集成式储能系统，所述柔性集成式储能系统包括叠加设置的供电系统和储电系统；所述供电系统的正极和所述储电系统的阳极电连接；所述供电系统的负极和所述储电系统的阴极电连接；
4、所述供电系统包括供电单元；所述供电单元包括集成设置在同一柔性透明衬底上的柔性有机太阳能电池和二极管；
5、所述储电系统包括柔性锌离子电池；
6、所述柔性集成式储能系统的厚度≤100μm。
7、根据本专利技术实施例的柔性集成式储能系统，至少具有如下有益效果：
8、(1)本专利技术提出的柔性集成式储能系统，集成了超薄有机太阳能电池(光能转化为电能)和柔性锌离子电池(储存电能)，通过合理的电路设计，完善了储能系统，保证了该柔性集成式储能系统的持续性运行，且该柔性集成式储能系统有望在搭建可穿戴健康监测平台中取得广泛应用。
9、(2)设计柔性集成式储能系统的关键是兼顾储能密度和较薄的厚度，本专利技术将柔性有机太阳能电池和二极管集成在同一个柔性透明衬底表面，二极管相当于电源管理模块，用于阻止电流回流；由此和传统集成式储能系统相比，减少了电源管理模块的厚度，且不损失任何储能密度。
10、(3)本专利技术限定了柔性集成式储能系统的厚度≤100μm，提供了极致的机械顺应性，舒适的用户体验，以及高精度的数据记录；为其在可穿戴健康监测平台中的应用提供了基础。
11、根据本专利技术的一些实施例，所述柔性有机太阳能电池包括自所述柔性透明衬底而始叠加设置的透明电极、电子传输层、串并联金属电路、活性层、空穴传输层、金属电极和封装层。
12、根据本专利技术的一些实施例，所述柔性透明衬底为聚对二甲苯膜。
13、根据本专利技术的一些实施例，所述柔性透明衬底的厚度为1～2μm。例如具体可以是约1.5μm。
14、根据本专利技术的一些实施例，所述透明电极的材质包括氧化铟锡(indium tinoxide，ito)和银纳米线中的至少一种。由此可确保光的进入。从正负极角度看，所述透明电极为所述柔性有机太阳能电池的负极。
15、根据本专利技术的一些实施例，所述透明电极的厚度为50～150nm。例如具体可以是约100nm。
16、根据本专利技术的一些实施例，所述电子传输层的材质包括zno、乙氧基化聚乙烯亚胺(peie)和sno2中的至少一种。
17、根据本专利技术的一些实施例，所述电子传输层的厚度为20～50nm。例如具体可以是30～35nm。
18、根据本专利技术的一些实施例，所述串并联金属电路的材质为金和铜中的至少一种。
19、根据本专利技术的一些实施例，所述串并联金属电路的厚度为20～80nm。例如具体可以是约40nm、50nm或约60nm。
20、由于本专利技术提供的柔性集成式储能系统中包括串并联结构，因此需要在所述柔性有机太阳能电池或所述二极管中设置串并联金属电极。实际生产可根据需求选择设置或不设置。
21、根据本专利技术的一些实施例，所述活性层为pm6(cas：1802013-83-7)、o-idtbr(cas：2077945-91-4)和y6(cas：2304444-49-1)三元混合相异质结。其中，pm6和o-idtbr的质量比为1:0.1～0.2。例如具体可以是约1:0.1。pm6和y6的质量比为1:0.8～0.9。例如具体可以是约1:0.85。
22、根据本专利技术的一些实施例，所述活性层的厚度为80～120nm。例如具体可以是约100nm。
23、根据本专利技术的一些实施例，所述空穴传输层的材质为钼氧化物和pedot:pss中的至少一种。例如具体可以是三氧化钼。
24、根据本专利技术的一些实施例，所述金属电极的材质包括银和铝中的至少一种。所述金属电极充当所述柔性有机太阳能电池的正极。
25、根据本专利技术的一些实施例，所述空穴传输层和所述金属电极的厚度和为80～120nm。例如具体可以是约100nm。
26、根据本专利技术的一些实施例，所述封装层为耐水氧材料。
27、根据本专利技术的一些实施例，所述封装层为聚对二甲苯膜。
28、根据本专利技术的一些实施例，所述封装层的厚度为1～2μm。例如具体可以是约1.5μm。
29、根据本专利技术的一些实施例，所述二极管包括自所述柔性透明衬底而始叠加设置的非透明电极、电子传输层、串并联金属电路、活性层、空穴传输层、金属电极和封装层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性集成式储能系统包括叠加设置的供电系统和储电系统；所述供电系统的正极和所述储电系统的阳极电连接；所述供电系统的负极和所述储电系统的阴极电连接；
2.根据权利要求1所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性有机太阳能电池包括自所述柔性透明衬底而始叠加设置的透明电极、电子传输层、串并联金属电路、活性层、空穴传输层、金属电极和封装层；和/或，所述二极管包括自所述柔性透明衬底而始叠加设置的非透明电极、电子传输层、串并联金属电路、活性层、空穴传输层、金属电极和封装层。
3.根据权利要求2所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性透明衬底和所述封装层为聚对二甲苯膜；和/或，所述供电单元的厚度≤5μm。
4.根据权利要求1所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述供电系统内，所述供电单元之间进行串联或并联；和/或，所述供电系统的输出电压为0～5V。
5.根据权利要求1所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性锌离子电池包括阳极、阴极、设于所述阳极和阴极之间的电解质层，以及包裹所述柔性锌离子
6.根据权利要求1所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述电连接的实现方法为，通过各向异性导电胶连接。
7.一种如权利要求1～6任一项所述柔性集成式储能系统的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括分别设置所述供电系统和所述储电系统后，将两者进行电连接。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述锌离子电池的设置方法包括设置所述电解质层；和/或，所述电解质层的设置方法包括以下步骤：
9.一种可穿戴健康监测平台，其特征在于，所述可穿戴健康监测平台包括如权利要求1～6任一项所述的柔性集成式储能系统。
10.根据权利要求9所述的可穿戴健康监测平台，其特征在于，所述可穿戴健康监测平台包括心电信号测试平台。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性集成式储能系统包括叠加设置的供电系统和储电系统；所述供电系统的正极和所述储电系统的阳极电连接；所述供电系统的负极和所述储电系统的阴极电连接；
2.根据权利要求1所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性有机太阳能电池包括自所述柔性透明衬底而始叠加设置的透明电极、电子传输层、串并联金属电路、活性层、空穴传输层、金属电极和封装层；和/或，所述二极管包括自所述柔性透明衬底而始叠加设置的非透明电极、电子传输层、串并联金属电路、活性层、空穴传输层、金属电极和封装层。
3.根据权利要求2所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述柔性透明衬底和所述封装层为聚对二甲苯膜；和/或，所述供电单元的厚度≤5μm。
4.根据权利要求1所述的柔性集成式储能系统，其特征在于，所述供电系统内，所述供电单元之间进行串联或并联；和/或，所述供电系统的输出电压为0～5v。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓敏，程思敏，沙可欣，周光敏，肖潇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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