运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法

摘要

一种运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法，通过计算机建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的三个并列设置的螺旋形横截面，指导打印机逐层打印；将配制成活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料分别装入3D打印机的墨盒中；3D打印机通过读取计算机建模的横截面信息，用活性物质-导电炭黑浆料、导电炭黑-金属氧化物浆料和聚合物浆料将横截面进行逐层打印，制得电极，将电极装入微型电容器壳体内，在相邻沉积层之间的空隙内充入电解质溶液，得到不对称超级电容器。优点是：工艺简单，通过3D打印技术制备的微型电容器电极材料涂覆均匀，电容器单体性能稳定，体积较小，具有较高能量密度。

主权项

一种运用3D打印技术制备微型不对称超级电容器的方法，其特征是：具体步骤如下：1.1、通过计算机建模，将建成的三维模型“分区”成逐层的三个并列设置的螺旋形横截面，指导打印机逐层打印；1.2、将导电炭黑与活性物质按照质量比1:7～1:8混合得到导电炭黑‑活性物质混合物，加入去离子水搅拌均匀，再加入乙醇和粘结剂丁苯橡胶搅拌18h～24h，配制成活性物质‑导电炭黑浆料，其中，导电炭黑‑活性物质混合物与去离子水的质量比为1:0.8～1:1，导电炭黑‑活性物质混合物与乙醇的质量比为1:1.8～1:2，导电炭黑‑活性物质混合物与丁苯橡胶的质量比为1:0.1～1:0.12；1.3、将导电炭黑与金属氧化物按照质量比1:5～1:6混合得到导电炭黑‑金属氧化物混合物，所述金属氧化物为氧化镍、氧化锰或氧化钌，加入去离子水搅拌均匀，再加入异丙醇和粘结剂聚四氟乙烯搅拌9h～12h配制成导电炭黑‑金属氧化物浆料，其中，导电炭黑‑金属氧化物混合物与去离子水的质量比为1:1.8～1:2，导电炭黑‑金属氧化物混合物与异丙醇的质量比为1:4～1:5，导电炭黑‑金属氧化物混合物与聚四氟乙烯的质量比为1 :0.1～1:0.12；1.4、将聚合物加去离子水搅拌均匀，所述聚合物为聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺，再加入异丙醇和粘结剂聚四氟乙烯搅拌8h～10h配制成聚合物浆料，其中，聚合物与去离子水的质量比为1:1.8～1:2.2，聚合物与异丙醇的质量比为1:0.8～1:1.2，聚合物与聚四氟乙烯的质量比为1:0.1～1:0.12；1.5、将配制成活性物质‑导电炭黑浆料、导电炭黑‑金属氧化物浆料和聚合物浆料分别装入3D打印机的墨盒中；1.6、3D打印机通过读取计算机建模的横截面信息，用活性物质‑导电炭黑浆料、导电炭黑‑金属氧化物浆料和聚合物浆料将横截面进行逐层打印，将活性物质‑导电炭黑浆料与导电炭黑‑金属氧化物浆料交替从3D打印机的喷嘴喷出，形成第一圈螺旋形沉积层，作为电容器正极Ⅰ，将活性物质‑导电炭黑浆料从3D打印机的喷嘴喷出，形成第二圈螺旋形沉积层，作为电容器负极，将聚合物浆料从3D打印机的喷嘴喷出，形成第三圈螺旋形沉积层，作为电容器正极Ⅱ，两个相邻沉积层之间留有空隙，待其固化后，重复逐层涂覆，干燥后得到电极，将制备的电极装入微型电容器壳体内，在相邻沉积层之间的空隙内充入电解质溶液，得到不对称超级电容器。