一种超级电容器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电容器的制备方法，特别涉及一种超级电容器的制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器(Supercapaci tor)又叫超大容量电化学电容器，是一种介于普通电容器和二次电池之间的新型储能装置。超级电容器存储的能量密度为传统电容器的10倍以上，与电池相比，具有更高的功率密度、充放电时间短、充放电效率高、循环使用寿命长等优点，同时超级电容器还具有工作温度范围宽(-40°c?75°C)，可靠性好，节约能源和绿色环保等特点。
[0003]目前超级电容器常用的电极材料有多孔碳材料(包括碳纳米管、石墨烯)、混合金属氧化物以及导电聚合物等等，常用隔膜材料为聚丙烯薄膜。本专利打印电极薄膜主要使用碳纳米管(CNTs)悬浮液，挤压成形电解质薄膜主要使用PVA聚合物。
[0004]文南犬“Graphene supercapacitor electrodes fabricated by inkjet printingand thermal reduct1n of graphene oxide,Electrochemistry Communicat1ns，201I，Voll3(4)，p355-358”中介绍了一种采用喷墨打印方式在钛片上沉积氧化石墨烯(GO)微滴形成GO薄膜，经加热还原制得石墨烯电极薄膜的方法，此后配合商业Celgard3401隔膜和电解质溶液组装成超级电容。此法获得的超级电容器分辨率高，电极表面质量好，但电极薄膜和电解质隔膜的制备过程分离，在电极薄膜打印完成后需要配合隔膜和电解质溶液进行装配，工序繁杂，耗时费力，无法实现微小超级电容器的一次成型。
【发明内容】
[0005]为了克服现有电容器的制备方法复杂的不足，本发明提供一种超级电容器的制备方法。该方法采用均匀微滴喷射沉积方法制备电极，以CNTs均匀微滴为制造电容器单元，通过控制微滴的堆积轨迹，逐点、逐线、逐层堆积出CNTs薄膜，并以CNTs薄膜作为超级电容器的第一个电极;再采用挤压工艺将PVA聚合物从喷头中挤出，配合三维联合运动平台的移动，在电极上沉积一层电解质薄膜;最后再次采用微滴喷射沉积的方法在电解质薄膜上沉积与第一个电极完全相同的电极，两个CNTs电极和PVA电解质薄膜构成了一个超级电容器单元。按此过程循环沉积电解质薄膜和电极薄膜，制备出多层超级电容器。本发明将电极薄膜打印、电解质薄膜挤压以及电容组装有机结合在一起，实现了微型、柔性、阵列的片上超级电容器的一次性成型。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种超级电容器的制备方法，其特点是包括以下步骤:
[0007]步骤一、使用超声波清洗器超声CNTs悬浮液，将经过超声分散的CNTs悬浮液装入储液器4内，通过压力控制器3使CNTs悬浮液充满连接储液器4与均匀微滴喷射喷头10的通道。
[0008]步骤二、通过调节振动驱动器5得到稳定喷射的CNTs悬浮液微滴9。
[0009]步骤三、获得单颗稳定喷射的CNTs悬浮液微滴9后，运行CNTs薄膜打印程序，通过三维联合运动基板控制器12控制三维联合运动基板6运动，配合CNTs悬浮液微滴9的定点按需喷射，逐点、逐线、逐层地堆积出CNTs薄膜8 ο打印完成后，保持三维联合运动基板6不动。
[0010]步骤四、运行电解质薄膜挤压成形程序，通过三维联合运动基板控制器12控制三维联合运动基板6运动，配合气压栗2供气给挤压电解质喷头11，打印成形PVA电解质薄膜。
[0011]步骤五、电解质薄膜打印完成后，保持三维联合运动基板6不动，重复步骤三在PVA电解质薄膜上沉积第二层CNTs薄膜8。
[0012]两层CNTs薄膜电极与PVA电解质薄膜构成一个超级电容器单元。重复步骤三至步骤五，打印CNTs薄膜电极和PVA电解质薄膜，制备出超级电容器。
[0013]本发明的有益效果是:该方法采用均匀微滴喷射沉积方法制备电极，以CNTs均匀微滴为制造电容器单元，通过控制微滴的堆积轨迹，逐点、逐线、逐层堆积出CNTs薄膜，并以CNTs薄膜作为超级电容器的第一个电极;再采用挤压工艺将PVA聚合物从喷头中挤出，配合三维联合运动平台的移动，在电极上沉积一层电解质薄膜;最后再次采用微滴喷射沉积的方法在电解质薄膜上沉积与第一个电极完全相同的电极，两个CNTs电极和PVA电解质薄膜构成了一个超级电容器单元。按此过程循环沉积电解质薄膜和电极薄膜，制备出多层超级电容器。本发明将电极薄膜打印、电解质薄膜挤压以及电容组装有机结合在一起，实现了微型、柔性、阵列的片上超级电容器的一次性成型。
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0015]图1是本发明超级电容器的制备方法用装置的示意图。
[0016]图中，1-氮气瓶，2-气压栗，3-压力控制器，4-储液器，5-振动驱动器，6_三维联合运动基板，7-温控仪加热板，8-CNTs薄膜，9-CNTs悬浮液微滴，10_均匀微滴喷射喷头，11_挤压电解质喷头，12-三维联合运动基板控制器，13-计算机，14-温控仪。
【具体实施方式】
[0017]参照图1。本发明超级电容器的制备方法用装置包括氮气瓶1、气压栗2、压力控制器3、储液器4、振动驱动器5、三维联合运动基板6、温控仪加热板7、均匀微滴喷射喷头10、挤压电解质喷头11、三维联合运动基板控制器12、计算机13和温控仪14。其中压力控制器3可向储液器4内施加一定压力，使均匀微滴喷射喷头10处的溶液形成压力值可调的背压。振动驱动器5可向均匀微滴喷射喷头10施加频率、脉宽和幅值均可调的方波脉冲驱动信号，以实现不同溶液的均匀微滴喷射。三维联合运动基板6通过三维联合运动基板控制器12与计算机13相连，当CNTs悬浮液微滴9从均匀微滴喷射喷头10喷出时，配合三维联合运动基板6的运动，可实现CNTs悬浮液微滴9的精确沉积并最终形成CNTs薄膜8。温控仪加热板7固定在三维联合运动基板6上，并与温控仪14相连，可实现打印过