【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超级电容器，尤其是指一种基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极及其制备方法。
技术介绍
1、随着科技发展与社会进步，人类对能源的需求进一步加大，进而带动了储能器件的飞速发展。现有的储能方法主要是各类电池，如锂电池，燃料电池等。然而，目前市场上存在的电池大多循环稳定性较差且存在安全问题，由电池内部短路引起的爆炸伤人事件更是屡见不鲜。因此，寻找一种高性能、低成本、稳定性好的储能器件，成为当下科学领域的研究热点。超级电容器
2、(电化学电容器)具有超快的充电/放电速率、高能量密度、较好的循环稳定性等众多优点，近年来引起了广泛关注。典型超级电容器主要由电极和电解质两部分组成，其中电极是决定超级电容器性能的重要因素之一。近年来，石墨烯被广泛应用于制备超级电容器电极。石墨烯电极的储能机制以双电层电容为典型，工作过程中电解质离子将在其表面和电解质界面发生脱吸附存储电荷，电极和电解质没有出现元素价态变化。由于能量存储发生在界面，可逆的电解质离子吸附和解吸可以实现超级电容器极长的使用寿命和高功率密度，然而其能量密度欠佳。为解决这一难题，研究人员提出在石墨烯中掺杂赝电容组分(如金属、金属氧化物纳米材料)，利用该类材料在电化学过程中的可逆氧化-还原反应(即法拉第过程)提升电极的能量密度。
3、石墨烯制备方法主要有化学气相沉积法(cvd)，氧化还原法，微机械剥离法等，金属/金属氧化物等纳米材料的合成方法以水热法为典型。在完成二者制备后，需将其进一步混合为复合材料，并经由后续图形化、后处理等方式完成电极的制备。近年来
4、已有研究显示，通过基于激光直写技术的单组分掺杂，在石墨烯前驱体中掺杂一种金属/金属氧化物组分，可以在一定程度上提升超级电容器的整体性能。但是单一组分掺杂存在性能局限，难以满足未来工业生产对高性能超级电容器的需求。若能实现超级电容器电极多组分共掺杂，有望通过多组分协同效应进一步提升超级电容器性能。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极及其制备方法。本专利技术通过激光诱导石墨烯技术，一步制备出掺杂两种及以上金属/金属氧化物组分的电极，为高性能超级电容器制造提供新途径。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、本专利技术第一个目的是提供一种基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将金属盐溶液与含有还原性基团的有机化合物溶液混合，得到前驱体溶液；
5、(2)对基底进行清洗和亲水性处理，得到预处理后的基底；
6、(3)将步骤(1)所得前驱体溶液涂覆于步骤(2)所得预处理后的基底上，干燥后得到前驱体薄膜；
7、(4)根据预设图形对步骤(3)所得前驱体薄膜进行激光直写，得到基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极。
8、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述金属盐溶液中的金属盐选自铜盐、镍盐、银盐、铁盐、锰盐和钴盐等可溶性金属盐中的两种以上。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述金属盐为硝酸根、硫酸根等阴离子配位的可溶性金属盐。
10、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述金属盐溶液重金属盐的浓度为2mol/l～6mol/l。
11、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述含有还原性基团的有机化合物溶液中有机化合物选自聚乙烯吡咯烷酮、甲酸、乙二酸和聚乙二醇中的一种或多种。
12、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述含有还原性基团的有机化合物溶液中有机化合物的浓度为0.1g/ml～0.3g/ml；
13、和/或，所述含有还原性基团的有机化合物溶液与金属盐溶液的体积比为3：1～1：1。
14、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述基底选自聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中的一种。
15、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述亲水性处理是通过等离子体机进行亲水性处理；采用大气氛围，真空度≥98％，等离子体功率30w～80w，处理时长约8min～10min。
16、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述涂覆选自旋涂和/或棒涂。
17、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述干燥的条件为：70℃～80℃条件下干燥10min～15min。
18、在本专利技术的一个实施例中，步骤(4)中，所述激光直写的参数为：功率0.5w～3w，光斑直径20μm～500μm，扫描间隔小于300μm、扫描速度5mm/s～20mm/s。
19、本专利技术第二个目的是提供所述制备方法制备得到的基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极。
20、本专利技术第三个目的是提供所述基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极在制备超级电容器中的应用。
21、本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
22、(1)本专利技术提供了一种基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极及其制备方法。激光原位作用可在诱导柔性基底近表层石墨烯化的同时还原金属盐，组分可以任意定制，本专利技术技术简单，成本低，制备速度快。利用激光直写技术，可降低成本，实现工业化生产。
23、(2)本专利技术所述方法在高效制备多组分掺杂电极的同时，所得多组分金属将在瞬时光-热作用下实现原子尺度的固溶体或产生原位合金化，有效利用各组分的协同作用提高器件性能：例如，高导电性组分将有效的促进电荷转移，合金/固溶体中的赝电容组分因此更易发生氧化还原，进一步增强能量密度；高稳定性组分固溶作用下，可有效抑制赝电容组分的结构坍塌，提升其整体稳定性；多组分赝电容共掺杂下，利用各自不同的反应电位，可在相同掺杂量前提下引入多级氧化还原反应，最大化赝电容贡献。
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1.一种基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐溶液中的金属盐选自铜盐、镍盐、银盐、铁盐、锰盐和钴盐中的两种以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐溶液中金属盐的浓度为2mol/L～6mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有还原性基团的有机化合物溶液中的有机化合物选自聚乙烯吡咯烷酮、甲酸、乙二酸和聚乙二醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有还原性基团的有机化合物溶液中有机化合物的浓度为0.1g/mL～0.3g/mL；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述基底选自聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥的条件为：70℃～80℃干燥10min～15min。
8.
9.权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极。
10.权利要求9所述基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极在制备超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光直写的多组分掺杂超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐溶液中的金属盐选自铜盐、镍盐、银盐、铁盐、锰盐和钴盐中的两种以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐溶液中金属盐的浓度为2mol/l～6mol/l。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有还原性基团的有机化合物溶液中的有机化合物选自聚乙烯吡咯烷酮、甲酸、乙二酸和聚乙二醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有还原性基团的有机化合物溶液中有机化合物的浓度为0.1g/ml～...
【专利技术属性】
技术研发人员：周兴汶，王艺菲，路羽，高紫妍，孙茜，陈立国，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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