一种运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法，通过计算机建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的三个并列设置的螺旋形横截面，指导打印机逐层打印；将配制成活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料分别装入3D打印机的墨盒中；3D打印机通过读取计算机建模的横截面信息，用活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料将横截面进行逐层打印，制得电极，将电极装入微型电容器壳体内，在相邻沉积层之间的空隙内充入电解质溶液，得到不对称超级电容器。优点是：工艺简单，通过3D打印技术制备的微型电容器电极材料涂覆均匀，电容器单体性能稳定，体积较小，具有较高能量密度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法，通过计算机建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的三个并列设置的螺旋形横截面，指导打印机逐层打印；将配制成活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料分别装入3D打印机的墨盒中；3D打印机通过读取计算机建模的横截面信息，用活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料将横截面进行逐层打印，制得电极，将电极装入微型电容器壳体内，在相邻沉积层之间的空隙内充入电解质溶液，得到不对称超级电容器。优点是：工艺简单，通过3D打印技术制备的微型电容器电极材料涂覆均匀，电容器单体性能稳定，体积较小，具有较高能量密度。【专利说明】运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法
本专利技术涉及一种运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法。
技术介绍
超级电容器是一种介于传统电容器与二次电池之间的新型储能元件，其通过极化电解质来储能，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，因此，超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保的特点，在智能仪表、电动汽车及风力发电等领域有着广泛的应用。目前，商业化的超级电容器体积能量密度相对较低，且制备过程中电容器单体间性能的均一性存在差异，不能满足医疗、军事领域的微型超级电容器的要求。3D打印技术是一种快速成型技术，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品，它是将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种工艺简单、电极材料涂覆均匀、电容器能量密度高、电容器单体性能稳定的运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法。本专利技术的技术解决方案是: 一种运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法，其具体步骤如下: 1.1、通过计算机建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的三个并列设置的螺旋形横截面，指导打印机逐层打印； 1.2、将导电炭黑与活性物质按照质量比1:7?1:8混合得到导电炭黑-活性物质混合物,加入去离子水搅拌均匀，再加入乙醇和粘结剂丁苯橡胶搅拌18h?24h，配制成活性物质-导电炭黑浆料，其中，导电炭黑-活性物质混合物与去离子水的质量比为1:0.8?1:1，导电炭黑-活性物质混合物与乙醇的质量比为1: 1.8?1: 2，导电炭黑-活性物质混合物与丁苯橡胶的质量比为1:0.1?1:0.12 ; 1.3、将导电炭黑与金属氧化物按照质量比1:5?1:6混合得到导电炭黑-金属氧化物混合物，所述金属氧化物为氧化镍、氧化锰或氧化钌，加入去离子水搅拌均匀，再加入异丙醇和粘结剂聚四氟乙烯搅拌9h?12h配制成导电炭黑-金属氧化物浆料，其中，导电炭黑-金属氧化物混合物与去离子水的质量比为1: 1.8?1: 2，导电炭黑-金属氧化物混合物与异丙醇的质量比为1:4?1:5，电炭黑-金属氧化物混合物与聚四氟乙烯的质量比为1:0.1 ?1:0.12 ; 1.4、将聚合物加去离子水搅拌均匀，所述聚合物为聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺，再加入异丙醇和粘结剂聚四氟乙烯搅拌8h?IOh配制成聚合物浆料，其中，聚合物与去离子水的质量比为1:1.8?1:2.2，聚合物与异丙醇的质量比为1:0.8?1:1.2，聚合物与聚四氟乙烯的质量比为1:0.1?1:0.12 ； 1.5、将配制成活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料分别装入3D打印机的墨盒中； 1.6,3D打印机通过读取计算机建模的横截面信息，用活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料将横截面进行逐层打印，将活性物质-导电炭黑浆料与导电炭黑-金属氧化物浆料交替从3D打印机的喷嘴喷出，形成第一圈螺旋形沉积层，作为电容器正极I，将活性物质-导电炭黑浆料从3D打印机的喷嘴喷出，形成第二圈螺旋形沉积层，作为电容器负极，将聚合物浆料从3D打印机的喷嘴喷出，形成第三圈螺旋形沉积层，作为电容器正极II，两个相邻沉积层之间留有空隙，待其固化后，重复逐层涂覆，干燥后得到电极，将制备的电极装入微型电容器壳体内，在相邻沉积层之间的空隙内充入电解质溶液，得到不对称超级电容器。所述用于制备电容器正极I的活性物质-导电炭黑浆料中的活性物质为活性炭、碳纳米管或石墨烯。所述用于制备电容器负极的活性物质-导电炭黑浆料中的活性物质为活性炭、炭气凝胶或介孔碳。所述三个沉积层的宽度均为28 μ m?30 μ m，两个相邻沉积层之间的空隙5 μ m?6 μ m0逐层打印时，每层厚度为160μπι?180 μ m，逐层打印次数为11次?13次。所述电极的直径为0.9mm?1mm。所述电解质溶液的电解质为N，N’-l，4-二烷基三乙烯二铵四氟硼酸盐，电解液为戊二腈，所述电解质与电解液的质量比为1:8?1:12。本专利技术的有益效果: 工艺简单，将电容器设计成活性物质与金属氧化物电极、活性物质电极以及聚合物电极三个部分，其中活性物质电极为电容器的共用负极，这种不对称超级电容器结构在工作过程中，能够结合双层电容比功率高与赝电容比能量高的特性，使该电容器在保证一定功率特性的前提下，有较高的能量密度。该电容器可以根据用电器的不同用电需求而连续工作。并且这种3D打印技术制备的微型电容器电极材料涂覆均匀，电容器单体间性能具有较好的均一性，体积较小，具有较高能量密度，可以扩展应用在诸多微型设备上，如医疗、军事、工业等领域。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术涉及的微型不对称超级电容器(对应实施例1)结构示意图； 图2是图1的A-A剖视图。图中:1-电容器正极I，101-活性物质层，102-金属氧化物层，2-电容器负极，3-电容器正极II，4-电容器壳体。【具体实施方式】实施例1 如图所示，该微型不对称超级电容器，包括电容器壳体4以及设在电容器壳体4内的三个并列放置的螺旋形电容器正极I 1、电容器负极2和电容器正极II 3，所述电容器正极I I由活性物质层101和金属氧化物层102交替排布组成，所述容器正极I 1、电容器负极2和电容器正极II 3的宽度均为29μπι，所述相邻两个电极之间留有6μπι的空隙； 1.1、通过计算机建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的三个并列设置的螺旋形横截面，指导打印机逐层打印，逐层打印时，每层厚度为170μπι，逐层打印次数为12次； 1.2、将Ig导电炭黑与7.5g活性炭混合得到导电炭黑-活性炭混合物，加入Sg去离子水搅拌均匀，再加入16g乙醇和0.94g粘结剂丁苯橡胶搅拌22h，配制成活性炭-导电炭黑浆料； 1.3、将Ig导电炭黑与5.5g氧化镍混合得到导电炭黑-氧化镍混合物，加入12g去离子水搅拌均匀，再加入30g异丙醇和0.7g粘结剂聚四氟乙烯搅拌10h，配制成导电炭黑-氧化镍浆料； 1.4、将6g聚卩比咯加1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡克迪，赵雪，邱平达，姜海静，班水和，金振兴，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：
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