CZ2018728A3 - Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby - Google Patents
Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2018728A3 CZ2018728A3 CZ2018-728A CZ2018728A CZ2018728A3 CZ 2018728 A3 CZ2018728 A3 CZ 2018728A3 CZ 2018728 A CZ2018728 A CZ 2018728A CZ 2018728 A3 CZ2018728 A3 CZ 2018728A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- flexible
- printing
- thin conductive
- substrate
- electrodes
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims abstract description 10
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 claims abstract description 8
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 8
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 11
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 4
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 238000003854 Surface Print Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000002216 antistatic agent Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002508 contact lithography Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229940006186 sodium polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/66—Current collectors
- H01G11/70—Current collectors characterised by their structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
Abstract
Flexibilní superkondenzátor je vytvořen na ohebném polymerním substrátu tloušťky 0,025 až 0,1 mm na bázi polyetylentereftalátu s plazmovou úpravou povrchu, na němž je nanesen tenký vodivý potisk elektrod v tloušťce 0,5 až 10 µm o složení 40 až 80 % hmotn. směsi ionomerů poly(3,4-ethylenedioxythiophen):polystyren sulfonát (PEDOT:PSS), dále 0,1 až 10 % hmotn. grafenoxidu, dále 10 až 50 % hmotn. RuO, na této vrstvě je nanesen polymerní gelový elektrolyt v tloušťce 0,1 až 0,3 mm a na něm je umístěna ochranná vrstva v tloušťce 0,1 až 0,3 mm. Způsob výroby flexibilního superkondenzátoru zahrnuje následující kroky: 1) příprava inkoustu pro tenký vodivý potisk elektrod, 2) úprava povrchu ohebného polymerního substrátu plazmou a naprášení Au elektrod, 3) vytvoření tenkého vodivého potisku elektrod metodou inkjet tisku na povrchu substrátu předehřátého na 65 - 70 °C, 4) příprava polymerního gelového elektrolytu a jeho nanesení na tenký vodivý potisk elektrod, 5) uzavření povrchu superkondenzátoru nanesením ochranné vrstvy.
Description
Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby
Oblast techniky
Vynález se týká flexibilního superkondenzátoru a způsobu jeho výroby. Řešení je určeno primárně pro mikro-aplikace vyžadující vedle vysoké kapacity i dobrou ohebnost, například u mikrosenzorů a biomedicínských implantátů.
Dosavadní stav techniky
V současnosti se flexibilní mikroelektronika těší značnému zájmu zejména díky vlastnostem jako je miniaturní velikost, vysoká ohebnost, nízká hmotnost. Jedním z klíčových požadavků při návrhu flexibilní mikroelektroniky a zejména superkondenzátorů je dostatečná kapacita a dobré mechanické vlastnosti umožňující vysokou flexibilitu.
Tato elektrická zařízení nacházejí uplatnění jako mikrosenzory, mikrobaterie, biomedicínské implantáty a mikrosystémy pro získávání energie.
Jednou z nej slibnějších technik pro výrobu těchto flexibilních elektronických součástek je inkjet tisk. Mezi jeho hlavní výhody patří kompatibilita s různými substráty, bezkontaktní technologie tisku, skutečnost, že není třeba užívat žádných tiskových masek a možnost tisku za nižších teplot (70 °C) než u jiných technologií.
Obecně adaptací ink-tisku pro sériovou výrobu se zabývá např. CN107053840 (A). Konkrétněji zaměřený, a to na tisk superkondenzátoru, je dokument CN108122685 (A), kde je popsána výroba vrstveného superkondenzátoru. Nicméně dané konstrukční řešení superkondenzátoru neumožňuje dosažení dostatečné flexibility finálního zařízení.
Elektrodové materiály v tisknutelné elektronice obecně a zejména pak v superkondenzátorech jsou vyrobeny na bázi grafenu (US 2014334065 (A), US 8810996) Nevýhodou vynálezu US 8810996 je poměrně vysoký teplotní rozsah (140-800°C) potřebný pro tisk ve srovnání s naším řešením (cca 70°C). Další známé řešení využívá vodivých polymerů (N. Peřinka. Study of functional systems on base of electrically conductingpolymer layers, disertace, Pardubice, 2014). Tyto elektrodové materiály naopak vykazují nízkou kapacitu a flexibilitu.
Současným trendem je výroba tištěné elektroniky na bázi vodivých polymerů. Sem patří poly(3,4-ethylenedioxythiophen) : polystyren sulfonát, což je polymemí směs dvou ionomerů (obvykle označovaná jako PEDOT: PSS), která se jeví pro inkjet tisk jako nejvhodnější díky schopnosti snadno vytvořit uniformní tenký film, který vydrží i na ohebném substrátu.
Jednou složkou směsi je surfaktant - polystyrensulfonát sodný (PSS), který je sulfonovaný polystyren. Část sulfonylových skupin je deprotonována a má negativní náboj.
Druhá složka - poly(3,4-ethylendioxy)thiophen (PEDOT) je konjugovaný polymer. Nese pozitivní náboj a je na bázi polythiophenu. Nabité makromolekuly tvoří makromolekulám! sůl. Je používán jako transparentní vodivý polymer s vysokou tažností v různých aplikacích, například pro fotografické filmy, kde působí jako antistatické činidlo zabraňující tvorbě elektrostatického náboje během výroby a užívání filmu, nezávisle na vlhkosti. Další aplikační oblastí je užití jako elektrolyt v polymerních elektrolytických kondenzátorech.
Inkoust na bázi PEDOT:PSS má omezenou kapacitu a problémem je i to, že ve vodných elektrolytech botná. Pro účely elektrických tištěných prvků je třeba vyšší kapacity a flexibility, ale navíc se v aplikacích pro mikroelektroniku vyskytuje i problém s botnáním.
- 1 CZ 2018 - 728 A3
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých výrobků tištěné elektroniky a mikroelektroniky do značné míry odstraňuje flexibilní superkondenzátor podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá vtom, že superkondenzátor je vytvořen na ohebném polymemím substrátu tloušťky 0,025 až 0,1 mm na bázi polyetylentereftalátu s plazmovou úpravou povrchu, na němž je nanesen tenký vodivý potisk elektrod v tloušťce 0,5 až 10 pm o složení 40 až 80 % hmota, směsi ionomerů poly(3,4-ethylenedioxythiophen):polystyren sulfonát (PEDOTPSS), dále 0,1 až 10 % hmota, grafenoxidu (GO), dále 10 až 50 % hmota. RuCE: na této vrstvě je nanesen polymemí gelový elektrolyt v tloušťce 0,1 až 0,3 mm a na něm je umístěna ochranná vrstva v tloušťce 0,1 až 0,3 mm.
Flexibilní superkondenzátor podle vynálezu má s výhodou polymemí gelový elektrolyt na bázi polyvinylalkohol/FESCL nebo polyvinylalkohol/FFPCk.
Ochranná vrstva flexibilního superkondenzátom podle vynálezu je s výhodou na bázi látky ze skupiny obsahující polydimetylsiloxan, polyetylentereftalát, polyimid.
Způsob výroby flexibilního superkondenzátom podle vynálezu spočívá v tom, že zahrnuje následující kroky: 1) příprava inkoustu pro tenký vodivý potisk elektrod, 2) úprava povrchu ohebného polymemího substrátu plazmou a naprášení Au elektrod, 3) vytvoření tenkého vodivého potisku elektrod metodou inkjet tisku na povrchu substrátu předehřátého na 65 - 70 °C, 4) příprava polymemího gelového elektrolytu a jeho nanesení na tenký vodivý potisk elektrod, 5) uzavření povrchu superkondenzátom nanesením ochranné vrstvy.
Úprava povrchu ohebného polymemího substrátu plazmou se s výhodou provede pomocí mikrovlnného reaktoru pracujícím na frekvenci 2.45 GHz s výkonem 25-35 W v pracovní atmosféře s čistotou alespoň 99,95 %, s průtokem pracovního plynu 3-7 standartních cm3 min1 při tlaku 40-70 Pa, s dobou opracování 30-90 s. Pracovní atmosféra je s výhodou tvořena kyslíkem nebo argonem.
Základem flexibilních superkondenzátom podle vynálezu je vrstva PEDOT:PSS/GO/RuC>2 která má vysokou životnost a velmi dobrou elektrochemickou charakteristiku. Flexibilní superkondenzátory na této bázi byly stabilní po 1000 nabíjecích/vybíjecích cyklech a vykazovaly elektrickou kapacitu v rozmezí od 5 do 40 mF cm-2 dle poměm složek inkoustu. Další důležitou předností flexibilních superkondenzátorů podle vynálezu je jejich ohebnost, která je předurčuje pro užití v náročných aplikacích, například u mikrosenzorů a biomedicínských implantátů. Výhodná je i symetrická konstrukce superkondenzátorů podle vynálezu, kdy katoda i anoda jsou vyrobeny ze stejného materiálu.
Vedle vysoké úrovně užitných vlastností je výhodou způsobu výroby flexibilních superkondenzátorů podle vynálezu možnost využití aktuální metody inkjet-tisku k efektivnímu vytvoření tenké vodivé vrstvy elektrod na ohebném substrátu.
Objasnění výkresů
- obr. 1 - schéma flexibilního superkondenzátom;
- obr. 2 - znázornění konstmkce flexibilního superkondenzátom v řezu;
- obr. 3 - CV- křivky superkondenzátom (zařízení 1) při skenovací rychlosti: 1-5 mV/s, 210 mV/s, 3- 20 mV/s, 4- 50 mV/s, 5- 100 mV/s, 6- 200 mV/s;
-2 CZ 2018 - 728 A3
- obr. 4 - graf galvanostatického nabijení/vybíjení (zařízení 1) při proudové hustotě: ΙΟ,2 mA/cm2, 2-0,15 mA/ cm2, 3-0,1 mA/ cm2, 4 - 0,08 mA/ cm2, 5 - 0,05 mA/cm2;
- obr. 5 - CV křivky superkondenzátoru (zařízení 2) při skenovací rychlosti: 1-5 mV/s, 210 mV/s, 3- 20 mV/s, 4- 50 mV/s, 5- 100 mV/s, 6- 200 mV/s;
- obr. 6 - graf galvanostatického nabijení/vybíjení (zařízení 2) při proudové hustotě: ΙΟ,2 mA/cm2, 2-0,15 mA/ cm2, 3-0,1 mA/ cm2, 4 - 0,08 mA/ cm2, 5 - 0,05 mA/ cm2;
- obr. 7 - povrchová kapacita stanovená pro všechna zařízení;
- obr. 8 - výkon zařízení při cyklickém zatěžování (při 0,1 mA/cm2)
- obr. 9 - závislost proudu na napětí před a po ohybovém testu (poloměr ohybu 3 mm);
- obr. 10 - výkon zařízení při cyklickém zatěžování (při 0.1 mA/ cm2) kombinovaném s ohybovým testem (vždy po 50 cyklech).
Příklady uskutečnění vynálezu
Příprava a složení inkoustu
Tenká vodivá vrstva elektrod na bázi PEDOTPSS matrice interkalované grafenoxidem (GO) a částicemi RuO? byla připravena inkjet tiskem.
K tomuto účelu byl připraven vodorozpustný inkoust ultrazvukovým mícháním směsi s DMSO (aprotické polární rozpouštědlo) nebo Surfbnylem (surfaktant) a vytvořením disperze složek: PEDOT: PSS, GO a oxid ruthenia.
Inkoust představuje disperzi založenou na vodivém polymeru, a to poly-3,4 etylendioxidthiofenu (PEDOT) smíchaného kvůli lepší chemické stabilitě se surfaktantem (PSS) do výsledné disperze PEDOTPSS, grafen oxidu (GO) a RuO2. Jeho příprava byla následující:
K vodnému roztoku (1,3 hm. %) PEDOTPSS byla přidána disperze GO (c = 1 mg/ml) a jako rozpouštědlo dimetylsulfoxid (DMSO) a disperze (c = 1,3 mg/ml) RuO2.
Koloidní disperze GO byly získány Hummerovou metodou. Disperze nanočástic RuO2 byly syntetizovány hydrotermální úpravou RuCT. Obě složky byly následně smíchány s roztokem PEDOT: PSS - DMSO disperze. Takto připravené disperze byly míchány v ultrazvukové lázni po dobu 1 hodiny, tak aby byla konečná disperze byla vhodná pro inkjet tisk.
Tab. 1. Poměr (hmotnostní) mezi složkami pro pět různých kompozic inkoustu.
| Složka | PEDOTPSS | GO | RuO2 |
| kompozice 1 | 90 | 1 | 9 |
| kompozice 2 | 80 | 1 | 19 |
| kompozice 3 | 70 | 1 | 29 |
| kompozice 4 | 60 | 1 | 39 |
| kompozice 5 | 50 | 1 | 49 |
Příprava/opracování substrátu
-3 CZ 2018 - 728 A3
Výsledný film byl nanesen na flexibilním substrátu a sice polyetylentereftalát (PET), který bylo pro zajištění dostatečné adheze/smáčivosti výše popsaného inkoustu nutno nejdříve aktivovat. Aktivace byla provedena oplazmováním PET v mikrovlnném plazma reaktoru pracujícím na frekvenci 2,45 GHz a při následujících parametrech: výkon 30 W, pracovní plyn Ar, čas opracování 60 s.
Tisk tenké vodivé vrstvy elektrod
I když na takto opracovaný substrát lze již tisknout vrstvu inkoustu, byla před vlastním tiskem na substrát naprášena tenká vrstva na bázi Au (Pd) sloužící jako sběrač proudu. Tvorba tenké vodivé vrstvy elektrod proběhla chemickou reakcí mezi složkami inkoustu, kjejímuž průběhu byl substrát temperován na teplotu 70 °C.
Inkjet-tisk byl realizován na komerčně dostupné inkoustové tiskárně Dimatix materials printer, DMP2830.
Vícesložková disperze byla vytištěna na předem aktivovaný PET substrát s naprášenou tenkou vrstvou Au elektrod.
Příprava gelového elektrolytu
Polymemí elektrolyt na bázi polyvinylalkoholu (PVA) a H2SO4 (5g 1M H2SO4 bylo smícháno s roztokem PVA obsahujícím 50 g PVA) byl aplikován na elektrody v kapalné fázi a po vysušení vytvořil vrstvu elektrolytu. Vrstva elektrolytu se nechala vyschnout tak, aby fáze výsledného výrobku (superkondenzátor) byla pevná.
Uzavření ochrannou vrstvou
Superkondenzátor s vrstvou gelového elektrolytu byl uzavřen/přikryt ochrannou vrstvou na bázi polydimetylsiloxanu, čímž byl výsledný výrobek (superkondenzátor) hotov. Výsledkem popsaných kroků byl flexibilní superkondenzátor s tenkou vodivou vrstvou elektrod (=vrstva PEDOT: PSS / GO / Ru02) s tloušťkou v rozmezí 5 až 10 mikronů a definovanou geometrií elektrod danou inkjet tiskem.
Test flexibility (ohybový)
Po ohybových zkouškách (poloměr ohybu 2,0 až 0,5 cm) superkondezátoru nebyla pozorována žádná významnější změna v naměřených závislostech proud-napětí.
Příklad 1
Zařízení č. 1 - superkondenzátor o složení tenké vodivé vrstvy (inkoustu) viz Tab. 1, kompozice 2.
Uspořádání a naměřené závislosti viz obr. 1 až 4, 7 až 10.
Příklad 2
Výše uvedené kroky byly realizovány při výrobě zařízení č. 2 - superkondenzátor o složení tenké vodivé vrstvy (inkoustu) viz Tab. 1, kompozice 4.
Uspořádání a naměřené závislosti zachycují obr. 1 a 2, 5 až 10.
-4 CZ 2018 - 728 A3
Průmyslová využitelnost
Flexibilní superkondenzátor podle vynálezu je určen primárně k využití pro mikro-aplikace vyžadující vedle vysoké kapacity i dobrou ohebnost, například u mikrosenzorů, mikrobaterií, biomedicínských implantátů a mikrosystémů pro získávání energie. Je vhodný pro takové aplikace, kde je důležitá dobrá ohebnost superkondenzátoru a zachování jeho soudržnosti s podkladem při vysoké úrovni funkčních vlastností. Popsaný způsob výroby superkondenzátoru bude možno analogicky využít i pro ostatní elektrické prvky, například rezistory.
Claims (7)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Flexibilní superkondenzátor, vyznačující se tím, že je vytvořen na ohebném polymemím substrátu tloušťky 0,025 až 0,1 mm na bázi polyetylentereftalátu s plazmovou úpravou povrchu, na němž je nanesen tenký vodivý potisk elektrod v tloušťce 0,5 až 10 pm o složení 40 až 80 % hmota, směsi ionomerů poly(3,4-ethylenedioxythiophen):polystyren sulfonát (PEDOT:PSS), dále 0,1 až 10 % hmota, grafenoxidu, dále 10 až 50 % hmota. RuCE, na této vrstvě je nanesen polymemí gelový elektrolyt v tloušťce 0,1 až 0,3 mm a na něm je umístěna ochranná vrstva v tloušťce 0,1 až 0,3 mm.
- 2. Flexibilní superkondenzátor, podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymemí gelový elektrolyt je na bázi polyvinylalkohol/FESCL nebo polyvinylalkohol/FhPOr.
- 3. Flexibilní superkondenzátor, podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranná vrstva je na bázi látky ze skupiny obsahující polydimetylsiloxan, polyetylentereftalát, polyimid.
- 4. Způsob výroby flexibilního superkondenzátoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje následující kroky: 1) příprava inkoustu pro tenký vodivý potisk elektrod, 2) úprava povrchu ohebného polymemího substrátu plazmou a naprášení Au elektrod, 3) vytvoření tenkého vodivého potisku elektrod metodou inkjet tisku na povrchu substrátu předehřátého na 65 - 70 °C, 4) příprava polymemího gelového elektrolytu a jeho nanesení na tenký vodivý potisk elektrod, 5) uzavření povrchu superkondenzátom nanesením ochranné vrstvy.
- 5. Způsob výroby flexibilního superkondenzátom podle nároku 4, vyznačující se tím, že úprava povrchu ohebného polymemího substrátu plazmou se provede pomocí mikrovlnného reaktoru pracujícím na frekvenci 2.45 GHz s výkonem 25-35 W v pracovní atmosféře s čistotou alespoň 99,95 %, s průtokem pracovního plynu (?) 3-7 standartních cm3min-1, při tlaku 40-70 Pa, s dobou opracování 30-90 s.
- 6. Způsob výroby flexibilního superkondenzátom podle nároků 4 a 5, vyznačující se tím, že pracovní atmosféra je tvořena kyslíkem nebo argonem.
- 7. Způsob výroby flexibilního superkondenzátom podle nároku 4, vyznačující se tím, že předehřev substrátu se provede temperací podkladové kovové desky při opracování v mikrovlnném reaktoru.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018728A CZ308635B6 (cs) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018728A CZ308635B6 (cs) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018728A3 true CZ2018728A3 (cs) | 2020-07-01 |
| CZ308635B6 CZ308635B6 (cs) | 2021-01-20 |
Family
ID=71132467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018728A CZ308635B6 (cs) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ308635B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113077998A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 一种超级电容器用二氧化钌/石墨烯复合电极及其制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110129732A1 (en) * | 2009-12-01 | 2011-06-02 | Applied Materials, Inc. | Compressed powder 3d battery electrode manufacturing |
| CN102354619B (zh) * | 2011-09-14 | 2016-08-17 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种柔性固态超级电容器 |
| US8691324B2 (en) * | 2012-04-03 | 2014-04-08 | Xerox Corporation | Dry coating processes for substrates |
| SG10201703118VA (en) * | 2012-10-17 | 2017-05-30 | Univ Singapore Technology & Design | High specific capacitance and high power density of printed flexible micro-supercapacitors |
| WO2016073171A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Bing Hsieh | Printed supercapacitors based on graphene |
| WO2016081638A1 (en) * | 2014-11-18 | 2016-05-26 | The Regents Of The University Of California | Porous interconnected corrugated carbon-based network (iccn) composite |
| GB2554367B (en) * | 2016-09-22 | 2021-02-24 | Dst Innovations Ltd | Flexible supercapacitors and manufacture thereof |
| KR101897091B1 (ko) * | 2018-01-26 | 2018-09-10 | 가천대학교 산학협력단 | 유연 마이크로 수퍼커패시터 및 그 제조 방법 |
-
2018
- 2018-12-20 CZ CZ2018728A patent/CZ308635B6/cs unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113077998A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 一种超级电容器用二氧化钌/石墨烯复合电极及其制备方法 |
| CN113077998B (zh) * | 2021-03-22 | 2022-07-12 | 西安交通大学 | 一种超级电容器用二氧化钌/石墨烯复合电极及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ308635B6 (cs) | 2021-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shi et al. | Nanostructured conducting polymer hydrogels for energy storage applications | |
| Shi et al. | Designing hierarchically nanostructured conductive polymer gels for electrochemical energy storage and conversion | |
| Zhao et al. | 3D nanostructured conductive polymer hydrogels for high-performance electrochemical devices | |
| CN103219164B (zh) | 超薄、自支撑、柔性、全固态超级电容器及其制备方法 | |
| Gaikwad et al. | Recent progress on printed flexible batteries: mechanical challenges, printing technologies, and future prospects | |
| JP3539570B2 (ja) | ハイブリッド電解質、該電解質の製造方法、および該電解質を用いた電気化学素子の製造方法 | |
| Li et al. | High-performance polymer electrolyte membrane modified with isocyanate-grafted Ti3+ doped TiO2 nanowires for lithium batteries | |
| US20080212261A1 (en) | Energy storage devices and composite articles associated with the same | |
| CN114551111B (zh) | 一种墨水直写3d打印导电聚合物基微型超级电容器及其制备方法 | |
| Wang et al. | Integrated flexible supercapacitor based on poly (3, 4-ethylene dioxythiophene) deposited on Au/porous polypropylene film/Au | |
| CN102804301A (zh) | 使用可印刷聚电解质作为电解质材料的能量电荷存储器件 | |
| CN115036518B (zh) | 一种微型全固态锌空气电池及其制备方法 | |
| JP2002528849A (ja) | 電気化学素子用ペースト状塊、並びに該ペースト状塊から得られる層体および電気化学素子 | |
| Lu et al. | 3D printed dual network Cross-Linked hydrogel electrolytes for high area capacity flexible zinc ion Micro-Batteries | |
| US11905609B2 (en) | Self-organized and electrically conducting PEDOT polymer matrix for applications in sensors and energy generation and storage | |
| JPWO1997048106A1 (ja) | ハイブリッド電解質、該電解質の製造方法、および該電解質を用いた電気化学素子の製造方法 | |
| CN113421778B (zh) | 一种柔性微型超级电容器及其制造方法 | |
| SE512579C2 (sv) | Polymer gel-elektrod, samt förfarande för dess framställning | |
| Sun et al. | A novel slicing method for thin supercapacitors | |
| Li et al. | A novel PVdF-based composite gel polymer electrolyte doped with ionomer modified graphene oxide | |
| Zhao et al. | Preparing 3D perovskite Li0. 33La0. 557TiO3 nanotubes framework via facile coaxial electro‐spinning towards reinforced solid polymer electrolyte | |
| CZ308635B6 (cs) | Flexibilní superkondenzátor a způsob jeho výroby | |
| CN111525179A (zh) | 一种全固态电池的制备方法 | |
| CN116053595A (zh) | 一种基于动态超分子离子导电弹性体的固态金属电池的制备方法 | |
| JP2000149660A (ja) | 高分子固体電解質およびこれを用いた電気化学デバイス |