1.一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器,其特征在于包括:電紡絲納米纖維、柔性電極、固態(tài)電解質(zhì)及金屬集流體;自下而上的結(jié)構(gòu)分別是固態(tài)電解質(zhì)、柔性電極與金屬集流體;在電紡絲納米纖維上滴涂碳納米管得到柔性電極;
所述電紡絲納米纖維為通過(guò)電紡絲工藝制備而得,如聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、聚氨基甲酸酯(polyurethane,PU);
所述柔性電極附著多壁碳納米管(carbon nanotube,CNT)或其他具有柔性特質(zhì)的電極;
所述固態(tài)電解質(zhì)為凝膠聚合物,包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)與磷酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)、氯化鋰(LiCl)的聚合物;
所述金屬集流體為導(dǎo)電性良好的金屬金(Au)、銅(Cu),
柔性電極:具有平面式叉指結(jié)構(gòu)的叉指電極,叉指電極對(duì)向排列,分別作為微型超級(jí)電容器的正、負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器,其特征在于直接貼附于多種柔性電子器件的表面;與可穿戴設(shè)備和低功耗電子器件如各類傳感器相集成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器,其特征在于叉指結(jié)構(gòu)單值寬度為200-800μm,叉指長(zhǎng)度為0.5-2cm,叉指數(shù)量為4-8個(gè)。
4.一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于采用微型超級(jí)電容器平面式叉電極結(jié)構(gòu)及串并聯(lián)結(jié)構(gòu),采用電解質(zhì)轉(zhuǎn)移與激光圖形化加工步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于含有以下步驟;
步驟1)、通過(guò)稱量將PVDF加入丙酮(acetone)與二甲基甲酰胺(dimethylformamide,DMF)的混合有機(jī)溶劑中,通過(guò)磁力攪拌得到PVDF溶液;
步驟2)、通過(guò)靜電紡絲的工藝,施加高電壓將PVDF溶液以雜亂排序的方式沉積在背電極上,得到納米纖維狀結(jié)構(gòu)的PVDF紡絲;
步驟3)、通過(guò)稱量將CNT與表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(sodium dodecylbenzenesulfonate,SDBS)混合加入去離子水中,通過(guò)超聲得到碳納米管溶液(CNT ink);
步驟4)、通過(guò)滴加烘干的工藝,將CNT ink滴加在PVDF紡絲上完全吸附后烘干,進(jìn)行多次滴加烘干操作至CNT濃度完全飽和,作為柔性電極;
步驟5)、通過(guò)磁力攪拌的方法,將PVA、H3PO4加入去離子水中,磁力輔助下高速攪拌,至溶液清澈透明,得到凝膠聚合物,作為固態(tài)電解質(zhì);
步驟6)、將固態(tài)電解質(zhì)均勻附著在柔性電極上,恒溫烘干后,除去殘留的水分子,將柔性電極完全轉(zhuǎn)移至固態(tài)電解質(zhì)上;
步驟7)、通過(guò)濺射的方法,在所制得的多個(gè)電解質(zhì)-柔性電極上濺射一層Au電極,作為微型超級(jí)電容器的集流體;
步驟8)、通過(guò)激光圖形化的方式,控制激光掃描功率及時(shí)間,將上層的金屬集流體層、柔性電極層切割為叉指電極結(jié)構(gòu),固態(tài)電解質(zhì)層保持不變,得到基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于含有以下步驟;
所述步驟1)中,PVDF的質(zhì)量為0.75-1.5g,丙酮與DMF體積比為2:3,丙酮體積為4.5-9ml,DMF體積為3-6ml;
所述步驟1)中,磁力攪拌溫度為常溫,攪拌時(shí)間為8-12小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于含有以下步驟;所述步驟2)中,采用的電壓為6-10kV,PVDF電紡絲面積為0.5-50cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于含有以下步驟;所述步驟3)中,CNT與SDBS的質(zhì)量各為30-150mg,去離子水的體積為30-150ml;
所述步驟3)中,超聲溫度為常溫,超聲時(shí)間為2-4小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于含有以下步驟;所述步驟4)中,單次烘干溫度為80℃,單次烘干時(shí)間為0.5小時(shí);
所述步驟5)中,磁力攪拌的溫度為85℃,攪拌時(shí)間為1小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于激光圖形化的自由式微型超級(jí)電容器制造方法,其特征在于含有以下步驟;所述步驟6)中,烘干溫度為45℃,烘干時(shí)間為12小時(shí);
所述步驟7)中,濺射的金屬層厚度為50-200nm;
所述步驟8)中,叉指結(jié)構(gòu)單值寬度為200-800μm,叉指長(zhǎng)度為0.5-2cm,叉指數(shù)量為4-8個(gè)。