本發明屬于超級電容器，具體涉及一種可打印可回收的光輔助增強的超級電容器及其制備方法。

背景技術：

1、隨著社會的進步和發展，物聯網、可穿戴生物電子、電子紡織品等新興產業對儲能設備提出了新的要求。超級電容器(msc)作為一種新型儲能器件，具有超高速充放電、高功率密度、工作溫度寬、循環穩定性好等特點，近十年來受到了廣泛的關注。mscs通常使用二氧化錳、氧化鈰、三氧化鉬、五氧化釩等金屬氧化物作為電極材料，形成法拉第mscs。這些材料通過氧化還原反應進行儲能，使得電容值和能量密度大于雙電層mscs。它們還可以作為光電化學系統中的活性材料，當這些材料受到輻照時，光激發的電子/孔參與氧化還原反應。此外，光電化學系統可以在光照下儲存光激發的電子，這些特征表明，太陽能可能會影響超級電容器的能量存儲過程。然而，引入的金屬氧化物使得電極材料的導電性相對較差，其導電性可能不到良導體的十分之一，并且在高電流密度下容易發熱，導致mscs性能不穩定。同時，這些電極材料是剛性的，缺乏可穿戴設備所需的靈活性和機械變形。因此，提高贗電容材料電極的電導率和力學性能是實現光輔助mscs大規模應用的關鍵。

2、近年來，液態金屬作為一種新興的光響應材料得到了廣泛的研究。由于它們的自由電子在光誘導條件下振蕩產生快速的激發過程，液態金屬光學材料在各種有前途的應用中引起了極大的興趣，同時，液態金屬是新一代軟功能物質和可拉伸電子元件最有希望的候選者之一，與導電復合材料相比，基于液態金屬的電路通常具有更高的導電性(3.4×106s?m-1)和導熱性，柔性拉伸性(>1000％)和低毒性。它們不僅在機械上可變形，而且還可以改善電子連接和自我修復。然而，由于其固有的高表面張力和易流動性，直接將液態金屬合成為無泄漏的連續路徑，或將液態金屬加工成具有精確結構的電極應用仍然具有挑戰性。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種可打印可回收的光輔助增強的超級電容器及其制備方法，利用機械研磨策略，液態金屬和金屬氧化物通過配位鍵結合，可以有效地降低鎵銦液態金屬的表面勢能，構建的液態金屬-moo3//液態金屬-mno2超級電容器顯示出優異的電化學性能。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種可打印可回收的光輔助增強的超級電容器的制備方法，所述方法包括以下步驟：

3、(1)將鎵、銦按比例放入瓷舟中，在加熱狀態下，攪拌30～60分鐘，得到均勻液態金屬(液態金屬)。

4、本步驟中所述液態金屬中鎵銦合金的質量比為質量比為75:25，加熱溫度為90～120℃。

5、(2)將步驟(1)中所得液態金屬轉移至研缽中，同時在研缽中加入moo3研磨30～60分鐘至由液體變為漿料稱為液態金屬-moo3。

6、本步驟中所述moo3與液態金屬質量比1:3～1:5。

7、(3)將步驟(1)中所得液態金屬轉移至研缽中，在研缽中加入mno2研磨30～60分鐘至由液體變為漿料稱為液態金屬-mno2。

8、本步驟中所述mno2與液態金屬質量比1:5～1:7。

9、(4)利用激光切割技術將pet模板加工成叉指狀微電極陣列模板。

10、本步驟中所述pet模板為聚對苯二甲酸乙二醇酯，采用功率為5w～20w的光纖激光進行刻蝕。叉指電極長為0.8cm，寬為100μm～900μm，間隙為50μm～200μm。

11、(5)將步驟(2)中所得漿料轉移到激光直寫的pet模板上，移動刮刀，脫除模版，得到lm-moo3叉指電極。

12、(6)將步驟(3)中所得漿料轉移到激光直寫的pet模板上，移動刮刀，脫除模版，得到lm-mno2叉指電極。

13、(7)將聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和硫酸鈉(na2so4)溶液溶于去離子水中，在油浴中進行攪拌，得到na2so4-pvp凝膠電解質。

14、聚乙烯吡咯烷酮的摩爾質量為2500～24000，質量為6g，硫酸鈉溶液體積為12ml，濃度為1mol/l，去離子水為18ml，油浴溫度為95℃，攪拌時間為2～3小時。

15、(8)將步驟(5)、(6)得到的lm-moo3和lm-mno2叉指電極進行組裝，并在叉指狀微電極中滴加步驟(7)中所述的na2so4-pvp凝膠電解質，利用熱塑膜將所述的叉指狀微電極進行封裝。

16、所述步驟(1)、(2)、(3)和步驟(4)之間沒有時間順序的限制。

17、本發明采用機械研磨法將金屬氧化物(三氧化鉬、二氧化錳)作為固體填料引入液態金屬中，并在強剪切力作用下將其結合。通過調整金屬氧化物含量，高表面張力的液態金屬可以調節成低表面張力的液體、半固體糊狀，甚至固體粉末。金屬氧化物中的孤電子對與液態金屬的空軌道之間形成配位鍵。采用模板打印法制備了液態金屬-moo3和液態金屬-mno2?msc電極。液態金屬為電極提供了高導電性和延展性。金屬氧化物作為電極的活性材料提供贗電容性能，同時作為固體填料調節液態金屬的表面張力，使復合材料能夠構建精確的結構電極。兩者的特性和結合形成配位鍵可以提高光輔助msc的電化學性能。并且msc單元可以根據不同的能量和電壓要求，通過印刷進行任意集成，擴大了下一代微電子器件的應用范圍。同時，制定從msc中回收昂貴液態金屬的策略，實現重復利用減少電子垃圾。

18、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：

19、(1)本發明利用機械研磨策略，液態金屬和金屬氧化物通過配位鍵結合，可以有效地降低鎵銦液態金屬的表面勢能。構建了可用于印刷的液態金屬-moo3、液態金屬-mno2的電極漿料，液態金屬和金屬氧化物的光激發特性和結合形成配位鍵以及晶格畸變可以提高光輔助msc的電化學性能，構建的液態金屬-moo3//液態金屬-mno2超級電容器顯示出優異的電化學性能。該研究為制備光輔助增強電化學性能的超級電容器提供了一種新的策略。

20、(2)本發明所述的液態金屬-moo3、液態金屬-mno2材料可根據不同的能量和電壓要求，可以通過模板印刷任意集成，擴大了下一代微電子器件的應用范圍。

21、(3)本發明所述的液態金屬-moo3、液態金屬-mno2材料可在特定條件下從msc中回收昂貴的液態金屬，實現重復利用和減少電子垃圾。

技術特征：

1.一種可打印可回收的光輔助增強的超級電容器的制備方法，所述方法包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中液態金屬中鎵銦合金的質量比為75:25，加熱溫度為90～120℃。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中moo3與液態金屬的質量比為1:(3～5)。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中mno2與液態金屬的質量比為1:(5～7)。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中pet模板采用功率為5w～20w的光纖激光進行刻蝕。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中模板的叉指電極的長為0.8cm，寬為100μm～900μm，間隙為50μm～200μm。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(7)中聚乙烯吡咯烷酮的摩爾質量為2500～24000g/mol，質量為6g，硫酸鈉溶液體積為12ml，濃度為1mol/l，去離子水為18ml，油浴溫度為95℃，攪拌時間為2～3小時。

8.一種權利要求1-7任一項所述的制備方法得到的可打印可回收的光輔助增強的超級電容器。

技術總結
本發明提供一種可打印可回收的光輔助增強的超級電容器及其制備方法，屬于超級電容器領域。本發明利用機械研磨法將金屬氧化物(TMO)與液態金屬(LM)結合，通過調整金屬氧化物的含量制備復合材料漿料。液態金屬為電極提供了高導電性，金屬氧化物作為電極的活性材料提供贗電容性能，同時作為固體填料調節LM的表面張力，使復合材料能夠構建精確的電極結構。光刺激下兩者形成光激發載流子協同結合形成配位鍵以及晶格畸變可以提高超級電容器的電化學性能。并且超級電容器單元可以根據不同的能量和電壓要求，通過印刷進行任意集成，擴大了下一代微電子器件的應用范圍。同時，可以從超級電容器中回收昂貴的LM，實現重復利用減少電子垃圾。

技術研發人員：高健,梁越,王強,朱曉東
受保護的技術使用者：青島科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28