本发明涉及柔性储能,特别涉及一种柔性电容器及其制备方法。
背景技术:
1、电容是电路设计中最为常用的器件,本质由两极板构成,最简单的结构为平板电容。对于平板电容器而言,其电容与极板面积和介质相对真空的介电常数成正比,与距离成反比,因此要获得大电容值,应增加极板面积和介质的介电常数,并缩小极板间的间距。
2、随着科技发展和应用需求的不断增加,传统的设计已经不足以满足现有的需求。为提升电容器性能,传统电容器最初采用夹层结构,通过增大极板平面及厚度的方式提高电容值,这会阻碍电容小型化设计。现有技术中的叉指电容器,通过在层间填充电介质设计出一种基于传统叉指电极结构的叠层式叉指电容,其层间制备复杂且为硬质材料。现有技术中的柱状叉指型超级电容器,正极外壳和正极内芯共用一个负极内芯,其硬质结构无法适用于不规则物体表面。现有技术中柔性导电纱线及其制备工艺,采用复合导电油墨中浸渍处理方式得到柔性导线纱线,其导电性能和导电稳定性优异会产生导通现象,对最终电磁波产生屏蔽而非吸收效果。现有技术中基于废旧纺织品的柔性电容制备方法,采用针刺及化学手段对废旧纺织品进行处理后,得到所述柔性电容,但其性能稳定性未知,且操作复杂。
3、因此,开发一种以金属纤维混纺的电容纱线为基础的柔性电容器来解决以上问题,成为本发明亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、基于上述本发明所要解决的技术问题,本发明提出一种柔性电容器及其制备方法,提出基于圆柱状叉指结构的金属纤维混纺纱线的柔性电容器,通过金属纤维在纱线内的排布,使其在整体纱线内部构成类叉指电极形态,可以在减小体积的同时获得高电容纱线;再将整体纱线结构拆分成无数等长度分段,通过等长度分段电容的并联叠加,再次提升整体纱线电容。
2、为实现上述目的,本发明提出一种柔性电容器及其制备方法。
3、本发明的目的之一,是提供一种柔性电容器;
4、所述柔性电容器由圆柱状叉指结构的电容纱线、导电截面、引线构成;所述电容纱线由金属纤维混纺纱线组成;所述金属纤维混纺纱线由金属纤维和常规纤维混纺而成;
5、所述电容器整体呈现为细长圆柱体;
6、所述电容器以金属纤维混纺电容纱线为主体。
7、进一步地,所述电容器整体纱线长度为ly;所述电容器整体纱线长度中,金属纤维长度为lm,常规纤维长度为ln;
8、所述电容器整体纱线长度中,引入的导电截面dn+1将其整体均匀分为n段,每分段长度为l,分段部分两端分别为正负极,采用同级引线将同级导电截面相互连接;
9、所述金属纤维含量不大于20%、长度lm为38mm~51mm;所述常规纤维长度ln为32mm~114mm。
10、进一步地,所述导电截面选用铜片、导电银浆或导电银胶中的一种;
11、所述导电截面处于纱线中间及头端截面处;
12、所述导电截面数量为n+1个。
13、进一步地,所述引线为导电截面处引出的便于测试的接线;
14、所述引线分为正极引线s1和负极引线s2;
15、所述引线中,同极性引线互相连接;
16、优选地,所述引线至少为纯铜线、漆包线、绝缘导线中的一种。
17、进一步地,所述细长圆柱体整体直径为1mm~5mm;
18、所述细长圆柱体总长度ly>45mm;
19、所述细长圆柱体体积质量为0.65g/cm3-1.00g/cm3。
20、进一步地,所述n段为段数,且n≥1。
21、进一步地,所述每分段长度l;
22、所述每分段长度范围为lm<l<2lm,用以避免金属纤维前后与导电截面导通或金属纤维错位导致的不产生电容现象。
23、进一步地,所述金属纤维为电导率大于104s/m的金属纤维;
24、所述金属纤维为表面包覆绝缘层的金属纤维;
25、优选地,所述表面包覆绝缘层的金属纤维为经过绝缘处理的不锈钢纤维、铜纤维、铝纤维、铁镍纤维、表面镀银纤维中的至少一种。
26、进一步地,所述常规纤维为不具有导电性能的介质纤维;
27、优选地,所述常规纤维为锦纶、涤纶、丙纶、维纶、氯纶、腈纶、氨纶、棉、羊毛纤维中的至少一种。
28、本发明的目的之二,是提供一种柔性电容器的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
29、s1、将圆柱状叉指结构的金属纤维混纺纱线塞入n段相同规格的圆柱状管内以塑型,使纱线在管内紧密接触,分段管间留出空隙,用以引入导电截面,得到柔性电容器主体结构;
30、s2、在圆柱状管中间间隙及管外侧截面处,引入导电截面,高温固化粘接;
31、s3、在各导电截面处接入引线,将同极性的引线相互连接,得到柔性电容器。
32、与现有技术相比,本发明提出了一种柔性电容器及其制备方法,具备以下有益效果:
33、1.本发明通过对金属短纤维混纺纱线的内部金属纤维的均匀排布,实现内部类叉指电极结构设计,能够有效减小体积并将金属纤维间形成的电容最大化。最终呈现出的纱线电容性能优异,质量轻且透气性能良好。
34、2.本发明对整体纱线进行长度分段设计并实行分段电容的并联叠加,能够有效增加整体纱线的总电容,该方法具有创新性,且工艺流程简单,成本低廉,易于实现后期批量化生产。
35、3.本发明提供的基于圆柱状叉指结构的金属纤维混纺纱线的柔性电容器,后期可通过机织方式融入织物,制备成高电容织物,从而实现多场景应用。
1.一种柔性电容器,其特征在于,所述柔性电容器由圆柱状叉指结构的电容纱线、导电截面、引线构成;所述电容纱线由金属纤维混纺纱线组成;所述金属纤维混纺纱线由金属纤维和常规纤维混纺而成;
2.根据权利要求1所述的柔性电容器,其特征在于,所述电容器整体纱线长度为ly;所述电容器整体纱线长度中,金属纤维长度为lm,常规纤维长度为ln;
3.根据权利要求1所述的柔性电容器,其特征在于,所述导电截面选用铜片、导电银浆或导电银胶中的一种;
4.根据权利要求1所述的柔性电容器,其特征在于,所述引线为导电截面处引出的便于测试的接线;
5.根据权利要求2所述的柔性电容器,其特征在于,所述细长圆柱体整体直径为1mm~5mm;
6.根据权利要求2所述的柔性电容器,其特征在于,所述n段为段数,且n≥1。
7.根据权利要求2所述的柔性电容器,其特征在于,所述每分段长度l;
8.根据权利要求2所述的柔性电容器,其特征在于,所述金属纤维为电导率大于104s/m的金属纤维;
9.根据权利要求2所述的柔性电容器,其特征在于,所述常规纤维为不具有导电性能的介质纤维;
10.一种柔性电容器的制备方法,其特征在于,应用于权利要求1-9中任意一项所述的柔性电容器,包括: