CN218826675U - 一种柔性纸基滤波超级电容器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种柔性纸基滤波超级电容器，包括封装保护膜、两个集流导电体和若干组柔性纸基储能模块，若干组所述柔性纸基储能模块依次堆叠并固定设置在两层所述集流导电体之间，所述封装保护膜设置在两个集流导电体的外侧，所述集流导电体与外部导电连接；所述柔性纸基储能模块包括依次堆叠设置的第一柔性电极、柔性隔膜和第二柔性电极，所述第一柔性电极、柔性隔膜和第二柔性电极一体化成型而成，所述柔性纸基储能模块为整个器件提供了图案化外观，增强了所述柔性纸基滤波超级电容器的便携性和灵活性。

Description

一种柔性纸基滤波超级电容器
技术领域
本实用新型涉及电容器领域，具体为一种柔性纸基滤波超级电容器。
背景技术
滤波电容器在整流滤波电路中起着重要作用，其频率响应越快、容量越大滤波效果越好。传统的滤波电容器一般采用铝电解电容器，以金属铝作为电极，但其存在比容量低、质量重、体积庞大和价格昂贵等缺点。因此，如何设计和制造具有高比容量和优异滤波性能的超级电容器成为了近年来的热点。现有滤波超级电容器多采用碳化炭、氮化钛、氧化钌、五氧化二钒等作为电极材料，且普遍存在材料制备过程复杂、器件组装繁杂和器件图案化制备困难等问题，阻碍了滤波超级电容器在柔性器件领域的应用。因此，在保证超级电容器滤波性能的前提下，提高器件整体的柔韧性和实现图案化器件的制备成为了滤波超级电容器实现便携式与可穿戴应用的关键因素。
一般滤波超级电容器都采用传统的涂浆、原位生长或碳化等方式制备电极，再通过将电极和隔膜相叠的方式组装成普通器件，器件的外观多为规则形状，如此获得的滤波超级电容器不仅因内阻高损失滤波性能，还难以实现特殊场景下的图案化应用。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种柔性纸基滤波超级电容器，实现电极材料和隔膜一体化与图案化制造，解决了现有技术中的滤波超级电容器的内阻偏高和图案化困难的问题。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种柔性纸基滤波超级电容器，包括：
两个集流导电体；
柔性纸基储能模块，设置在两个集流导电体之间，柔性纸基储能模块包括第一柔性电极、第二柔性电极和柔性隔膜；
封装保护膜，设置于集流导电体的外侧。
进一步限定，上述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其中，所述封装保护膜为柔性膜。
进一步限定，上述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其中，所述封装保护膜采用热缩膜或铝塑膜。
进一步限定，上述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其中，所述集流导电体采用铝箔、镍网、铜网和银胶的其中一种。
进一步限定，上述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其中，所述第一柔性电极和所述第二柔性电极均为碳化层。
进一步限定，上述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其中，所述碳化层为纸张通过浓硫酸碳化、激光打印、灼烧、丝网印刷的其中一种方式形成。
进一步限定，上述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其中，所述第一柔性电极和所述第二柔性电极中浸注有固态电解液。
本实用新型具备以下有益效果：通过在纸张上掩膜喷涂浓硫酸或激光打印或丝网印刷或掩膜灼烧制得碳化层并形成柔性纸基储能模块，使柔性纸基储能模块能够任意剪裁和弯折，从而获得柔性的器件，提高整个器件的便携性和灵活性；同时，第一柔性电极、柔性隔膜和第二柔性电极的一体化结构降低了所述柔性纸基储能模块的等效串联电阻；另外，柔性纸基储能模块的数量可根据所述器件额定电压的大小调节，从而能够提高整个器件的比容量，可获得明显优于一般滤波超级电容器的整流滤波性能和器件灵活性。
附图说明
图1为本实用新型一种实施例的结构示意图；
图2为本实用新型另一种实施例的结构示意图；
图3为本实用新型柔性纸基储能模块的制备流程图；
图4为本实用新型柔性纸基储能模块的另一种制备流程图。
图中：1、封装保护膜；2、集流导电体；3、柔性纸基储能模块；31、第一柔性电极；32、第二柔性电极；33、柔性隔膜。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种柔性纸基滤波超级电容器，包括封装保护膜1、两个集流导电体2和若干组柔性纸基储能模块3，若干组柔性纸基储能模块3依次堆叠并固定设置在两层集流导电体2之间，封装保护膜1设置在两个集流导电体2的外侧，集流导电体2与外部导电连接；
柔性纸基储能模块3包括依次堆叠设置的第一柔性电极31、柔性隔膜33和第二柔性电极32，第一柔性电极31、柔性隔膜33和第二柔性电极32一体化成型而成，柔性纸基储能模块3为整个器件提供了图案化外观，增强了柔性纸基滤波超级电容器的便携性和灵活性。
如图3，柔性纸基储能模块3的制备方法包括：
(1)利用图案化掩模板对柔性纸基储能模块3的顶部和底部进行掩模；
(2)碳化柔性纸基储能模块3顶部的纸张形成第一柔性电极31；
(3)碳化柔性纸基储能模块3底部的纸张形成第二柔性电极32；
(4)向第一柔性电极31和第二柔性电极32内浸注固态电解液。
如图2，在另一实施例中，包括两层封装保护膜1，两层封装保护膜1之间具有柔性纸基储能模块3，柔性纸基储能模块3包括柔性隔膜33和柔性隔膜33上的纸张，纸张上形成有第一柔性电极31和第二柔性电极32，两个集流导电体2依次与第一柔性电极31、第二柔性电极32连接。
如图4所示是该实施例中柔性纸基储能模块3的制备流程示意图，柔性纸基储能模块3的制备方法包括：
(1)利用图案化掩模板对柔性纸基储能模块3顶部的纸张进行掩模；
(2)碳化柔性纸基储能模块3的顶部形成第一柔性电极31和第二柔性电极32；
(3)向第一柔性电极31和第二柔性电极32内浸注固态电解液。
通过在纸张上掩膜喷涂浓硫酸或激光打印或丝网印刷或掩膜灼烧制得碳化层并形成图案化储能模块，使柔性纸基储能模块3能够任意剪裁和弯折，从而获得柔性图案化的器件，提高整个器件的便携性和灵活性；同时，第一柔性电极31、柔性隔膜33和第二柔性电极32的一体化结构降低了柔性纸基储能模块3的等效串联电阻；另外，柔性纸基储能模块3的数量可根据器件额定电压的大小调节，从而能够提高整个器件的耐压值，可获得明显优于一般滤波超级电容器的整流滤波性能和器件灵活性。
其中，集流导电体2的材料可以为铝箔、镍网、铜网和银胶等，提高了导电性和柔韧性，增强了其与柔性纸基储能模块3的接触面积，减小了其与柔性纸基储能模块3的接触电阻。
第一柔性电极31和第二柔性电极32均为碳化层。
碳化层为纸张通过浓硫酸碳化或激光打印或灼烧或丝网印刷的方式形成。
第一柔性电极31和第二柔性电极32中浸注有固态电解液，电解液包括但不限于10％-30％质量分数的H2SO4PVA凝胶，保证快速的离子传输。
在碳化柔性纸基储能模块3时，采用的方法是掩模浓硫酸碳化的方式，通过硫酸碳化柔性纸基储能模块3的顶部和底部(或顶部一面)形成了第一柔性电极31和第二柔性电极32，由于第一柔性电极31和第二柔性电极32是由纸张原位碳化而成，直接形成了第一柔性电极31、柔性隔膜33和第二柔性电极32的一体化结构，无需组装，减小了第一柔性电极31与柔性隔膜33之间，以及第二柔性电极32与柔性隔膜33之间的接触电阻；浓硫酸碳化的活性炭材料保持了纸张本身的柔韧性和微观结构，能够提高整个器件的便携性和灵活性。
在向柔性纸基储能模块3内浸注固态电解液时，采用的方式为滴涂的方式，即直接将电解液滴入柔性纸基储能模块3内直至饱和，电解液滴入柔性纸基储能模块3后仍具备流动性，需自然风干一段时间使其固化为固态电解液。需要说明的是，电解液只需风干至不具流动性即可，过度风干会损失电解液的导电性，从而造成器件的损坏。
工作原理：
电容器充电工作时，外电路中的电荷通过集流导电体2传输到第一柔性电极31和第二柔性电极32上，并在第一柔性电极31和第二柔性电极32的表面发生积累，积累的电荷与电解液中的等量异号的离子发生静电吸附形成双电层，第一柔性电极31和第二柔性电极32中的羟基和羧基等活性成分消耗电荷发生电极反应产生赝电容，将电能转化成化学能进行存储。
本实用新型实施例提供的柔性纸基滤波超级电容器中，集流导电体2和柔性纸基储能模块3的柔韧性可保证两个模块之间良好契合，降低两个模块之间的接触电阻；柔性纸基储能模块3的一体化结构消除了第一柔性电极31与柔性隔膜33之间，以及第二柔性电极32与柔性隔膜33之间的接触电阻，使得柔性纸基储能模块3的等效串联电阻降低。通过在纸张上掩膜喷涂浓硫酸或激光打印或丝网印刷或掩膜灼烧制得的柔性纸基储能模块3能够任意剪裁和弯折，从而获得柔性的器件，提升了整个器件的便携性和灵活性；同时，柔性纸基储能模块3的数量也可以调节，根据柔性纸基储能模块3数量的不同可调节柔性纸基滤波超级电容器的额定电压大小。基于上述原理，柔性纸基滤波超级电容器的容量提高，等效串联电阻降低，且额定电压可调，将柔性纸基滤波超级电容器与整流滤波电路相连接，可获得明显优于一般滤波超级电容器的整流滤波性能和器件灵活性，且成本更低，形状按需剪裁，应用场景丰富。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于，包括：
两个集流导电体(2)；
柔性纸基储能模块(3)，设置在两个集流导电体(2)之间，柔性纸基储能模块(3)包括第一柔性电极(31)和第二柔性电极(32)和柔性隔膜(33)；
封装保护膜(1)，设置于集流导电体(2)的外侧。
2.根据权利要求1所述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于：所述封装保护膜(1)为柔性膜。
3.根据权利要求2所述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于：所述封装保护膜(1)采用热缩膜或铝塑膜。
4.根据权利要求1所述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于：所述集流导电体(2)采用铝箔、镍网、铜网和银胶的其中一种。
5.根据权利要求1所述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于：所述第一柔性电极(31)和所述第二柔性电极(32)均为碳化层。
6.根据权利要求5所述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于：所述碳化层为纸张通过浓硫酸碳化、激光打印、灼烧、丝网印刷的其中一种方式形成。
7.根据权利要求5所述的一种柔性纸基滤波超级电容器，其特征在于：所述第一柔性电极(31)和所述第二柔性电极(32)中浸注有固态电解液。
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