導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體、電極、超電容器、制法、體內(nèi)電子裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體、電極、超電容器、制法、體內(nèi)電子裝置。所述導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體包括DNA水凝膠和在所述DNA水凝膠上的復(fù)合材料層，所述復(fù)合材料層包括聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料；各自包括所述導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的電極和超級電容器；和制造所述導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的方法。可通過簡單的過程制造具有大的比表面積和高的導(dǎo)電性的生物相容的能植入的電極。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體、電極、超電容器、制法、體內(nèi)電子裝置相關(guān)申請的交叉引用本申請要求在韓國知識產(chǎn)權(quán)局于2012年7月26日提交的韓國專利申請N0.10-2012-0081964、于 2012 年 11 月 12 日提交的韓國專利申請 N0.10-2012-0127735 和于2013年4月17日提交的韓國專利申請N0.10-2013-0042425的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過參考全部引入本文中。
本專利技術(shù)構(gòu)思涉及具有大的比表面積和高的導(dǎo)電性的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體、包括所述導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的電極和超級電容器(超電容器)、以及制備所述導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的方法。
技術(shù)介紹
二次電池和電化學(xué)電容器是基于電化學(xué)原理的能量儲存裝置的典型例子。二次電池具有高的每單位重量或單位體積的能量密度，但具有短的壽命和低的輸出密度且充電花費(fèi)長的時間。稱為超級電容器的電化學(xué)電容器具有為普通靜電電容器的約1000倍或更大的比電容，充電花費(fèi)較少的時間且具有高的輸出密度，但具有低的能量密度。經(jīng)由雙電層(EDL)電化學(xué)地儲存能量的超級電容器或電化學(xué)電容器具有高的功率輸出、長的壽命穩(wěn)定性和快的充電/放電速率，且是環(huán)境友好的。由于這些優(yōu)點，已經(jīng)對其在小型便攜式電子裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究。在超級電容器研究中的目標(biāo)主要是開發(fā)通過簡單工藝以低成本的具有高的導(dǎo)電性和大的比表面積的電極材料。發(fā)現(xiàn)滿足這些要求的材料-工藝組合是至關(guān)重要的。制造超級電容器電極的方法可分為以下兩個種類。第一種方法是通過增加高度導(dǎo)電性的碳質(zhì)材料的比表面積而制造電極。碳質(zhì)材料的使用在低的價錢和向各種形式例如作為成粉末、纖維、泡沫體、織物或復(fù)合材料的形式的容易加工性方面是有利的。將碳質(zhì)材料加工成各種形式可涉及用于高的孔密度的高溫過程(800°C或更高)。此外，在使用所得產(chǎn)物制造電極時，向其添加絕緣粘合劑材料，材料的導(dǎo)電性和比表面積可降低。第二種方法使用穩(wěn)定的耐氧化的金屬材料。最通常的方法是去合金化，其涉及制備金屬的合金，和選擇性地溶解所述金屬之一以獲得多孔金屬結(jié)構(gòu)。然而，該多孔金屬結(jié)構(gòu)對于在蝕刻過程期間的破壞是非常脆弱的，和在電解質(zhì)溶液中耐氧化的合適來源的金屬主要是昂貴的貴金屬。生物相容的或能植入的裝置對人體是無害的且是能植入到人體器官中的。這些人造裝置可插入到受損的或不正常運(yùn)行的人體器官中以使患者的疾病減輕或使患者從疾病恢復(fù)，且因此在生理環(huán)境中應(yīng)為可正常運(yùn)行的以滿足對生物相容性(或非細(xì)胞毒性)和生物功能性的要求兩者?，F(xiàn)有的能植入的裝置僅限于簡單的用于讀取電信號的電極或?qū)Ч堋Ｄ苤踩氲哪芰績Υ嫜b置仍是不可得的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
提供具有高的導(dǎo)電性和大的比表面積的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體。提供具有循環(huán)壽命和電特性的改善的生物相容的電極。提供具有高的比電容的超級電容器。提供制造所述導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的方法。另外的方面將在以下的描述中部分地闡明，和部分地將從所述描述明晰，或者可通過所提供的實施方式的實踐獲悉。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一個方面，導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體包括:DNA水凝膠；和在所述DNA水凝膠上的聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料的復(fù)合材料層。所述復(fù)合材料層可具有包括2?20個層的多層結(jié)構(gòu)體。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的另一方面，所述導(dǎo)電材料可為導(dǎo)電聚合物、碳納米管、或還原的氧化石墨烯(RGO)。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的另一方面，用于超級電容器的電極包括:集流體；和設(shè)置在所述集流體上的電極活性材料，其中所述電極活性材料包括:DNA水凝膠；和設(shè)置在所述DNA水凝膠上的聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料的復(fù)合材料層。所述集流體可為生物相容的集流體。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的另一方面，超級電容器包括:陰極；陽極；和設(shè)置在所述陰極和所述陽極之間的電解質(zhì)，其中所述陰極和所述陽極的至少一個為包括如下的電極:集流體；和設(shè)置在所述集流體上的電極活性材料，所述電極活性材料包括:DNA水凝膠；和設(shè)置在所述DNA水凝膠上的聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料的復(fù)合材料層。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的另一方面，制造導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的方法包括:制備DNA水凝膠；將所述DNA水凝膠浸潰在具有與所述DNA水凝膠相反的極性的第一聚合物電解質(zhì)溶液中；干燥經(jīng)浸潰的DNA水凝膠以在所述DNA水凝膠上形成第一聚合物電解質(zhì)層；和將具有所述第一聚合物電解質(zhì)層的DNA水凝膠浸潰在具有與所述第一聚合物電解質(zhì)層相反的極性的第二聚合物電解質(zhì)溶液中；和將經(jīng)浸潰的具有所述第一聚合物電解質(zhì)層的DNA水凝膠干燥以在所述DNA水凝膠上的所述第一聚合物電解質(zhì)層上形成第二聚合物電解質(zhì)層，其中所述第二聚合物電解質(zhì)層為其中導(dǎo)電材料分散在所述第二聚合物電解質(zhì)中的復(fù)合材料層。根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一個方面，將具有所述第二聚合物電解質(zhì)層的DNA水凝膠浸潰在具有與所述第二聚合物電解質(zhì)層相反的極性的第三聚合物電解質(zhì)溶液中；和將經(jīng)浸潰的具有所述第二聚合物電解質(zhì)層的DNA水凝膠干燥以在所述DNA水凝膠上的所述第二聚合物電解質(zhì)層上形成第三聚合物電解質(zhì)層，可重復(fù)所述浸潰和干燥以形成另外的聚合物電解質(zhì)層，其中所述第三聚合物電解質(zhì)層和所述另外的聚合物電解質(zhì)層的至少一個層可為其中導(dǎo)電材料分散在聚合物電解質(zhì)中的復(fù)合材料層?！靖綀D說明】從結(jié)合附圖考慮的實施方式的下列描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易理解，其中:圖1為根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的實施方式的超級電容器的示意圖；圖2A為說明根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的一個實施方式的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的制造過程的示意圖，和圖2B說明根據(jù)本專利技術(shù)構(gòu)思的另一實施方式的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的制造過程；圖3A為在制備實施例1中制造的DNA水凝膠的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，和圖3B為放大的圖3A的SEM圖像；圖4說明作為對制備實施例1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體進(jìn)行能量色散譜法(EDS)繪圖的結(jié)果的圖像；圖5為制備實施例1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的拉曼光譜；圖6A?6E分別為在實施例1至5中制備的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的SEM圖像；圖7A和7B為在制備實施例2中在SDBS (十二烷基苯磺酸鈉)結(jié)合到SWCNT之后的TEM圖像，和圖7C為在制備實施例2中在SDBS結(jié)合之后的SEM圖像。圖8A和圖8B為在制備實施例3中在SWCNT結(jié)合到PAA之前和之后的TEM圖像，和圖8C為在制備實施例3中在PAA結(jié)合之后的SEM圖像。圖9A?9C為在本專利技術(shù)構(gòu)思的實施例6中制備的疊層結(jié)構(gòu)體的SEM圖像、其放大300倍的SEM圖像、和其放大50000倍的SEM圖像；圖1OA?IOC為在本專利技術(shù)構(gòu)思的實施例7中制備的疊層結(jié)構(gòu)體的SEM圖像、其放大300倍的SEM圖像、和其放大50000倍的SEM圖像。圖1lA?IlC各自說明在制備實施例4-1至4_4中制備的PANI水溶液的根據(jù)電壓的電流、根據(jù)PH的電導(dǎo)率、和拉曼光譜；圖12為顯示在制備實施例4-1至4-4中制備的包括PANI的溶液的電化學(xué)電阻的圖；圖13A?13D各自為在實施例8_1至8_4中制造的疊層結(jié)構(gòu)體的SEM圖像；圖14A為顯示包括在本專利技術(shù)構(gòu)思的實施例1中制造的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的電極的循環(huán)伏安法測試的結(jié)果的圖，和圖14B為顯示包括在實施例8-1中制造的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的電極的循環(huán)伏安法測試的結(jié)果的圖；圖15A和15B分別為顯示包括在實施例1和實施例8_1中制備的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的電極的根據(jù)時間的電壓變化的圖；圖16為顯示包括在實施例1中制造的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體的電極的根據(jù)掃描速率的比電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，包括：DNA水凝膠；和在所述DNA水凝膠上的聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料的復(fù)合材料層。

【技術(shù)特征摘要】
2012.07.26 KR 10-2012-0081964;2012.11.12 KR 10-201.導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，包括: DNA水凝膠；和 在所述DNA水凝膠上的聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料的復(fù)合材料層。2.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電聚合物、碳納米管、或還原的氧化石墨烯。3.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述導(dǎo)電材料為碳納米管，和所述復(fù)合材料層進(jìn)一步包括聚苯胺(PANI)。4.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述DNA水凝膠和復(fù)合材料層通過靜電吸引彼此結(jié)合。5.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述DNA水凝膠是通過使X-形的分支DNA、Y-形的分支DNA和T-形的分支DNA的至少一種交聯(lián)而形成的。6.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述復(fù)合材料層具有包括2~20個層的多層結(jié)構(gòu)體。7.權(quán)利要求6的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述復(fù)合材料層為具有正電荷的聚合物電解質(zhì)層和具有負(fù)電荷的聚合物電解質(zhì)層的交替堆疊，其中導(dǎo)電材料分散在所述復(fù)合材料層中的至少一個層中。8.權(quán)利要求7的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述具有正電荷的聚合物電解質(zhì)為選自如下的至少一種--聚(氯化二烯丙基二甲基銨)(PDADMAC)、聚(烯丙基胺鹽酸鹽)(PAH)、聚(乙烯亞胺)(PEI)、和聚(甲基丙烯酸二甲基氨基-2-乙酯)(PDMAEMA)。9.權(quán)利要求7的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述具有負(fù)電荷的聚合物電解質(zhì)為選自如下的至少一種--聚(磺苯乙烯)(PSS)、聚(丙烯酸)(PAA)、聚(乙烯基磺酸鹽)(PVS)、和聚[1-[4-(3-羧基-4-羥基苯基偶氮)苯磺酰胺基]-1，2-乙烷二基，鈉鹽](PAZO)。10.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述導(dǎo)電聚合物是水分散性的。11.權(quán)利要求10的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中所述導(dǎo)電聚合物為選自如下的至少一種--聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、和聚(3，4-亞乙基二氧噻吩)。12.權(quán)利要求1的導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)體，其中設(shè)置PAH層/PAA-SWCNT層/PANI層以對稱地存在于所述DNA水凝膠的兩側(cè)上。13.電極,包括: 集流體；和 設(shè)置在所述集流體上的電極活性材料， 其中所述電極活性材料包括: DNA水凝膠；和 設(shè)置在所述DNA水凝膠上的聚合物電解質(zhì)和導(dǎo)電材料的復(fù)合材料層。14.權(quán)利要求13的電極，其中所述DNA水凝膠和所述復(fù)合材料層通過靜電吸引彼此結(jié)八口 ο15.權(quán)利要求13的電極，其中所述DNA水凝膠是通過使X-形的分支DNA、Y-形的分支DNA和T-形的分支DNA的至少一種交聯(lián)而形成的。16.權(quán)利要求13的電極，其中所述復(fù)合材料層具有包括2~20個層的多層結(jié)構(gòu)體。17.權(quán)利要求16的電極，其中設(shè)置所述復(fù)合材料層以關(guān)于所述DNA水凝膠在兩側(cè)上是對稱的。18.權(quán)利要求16的電極，其中所述復(fù)合材料層為具有正電荷的聚合物電解質(zhì)層和具有負(fù)電荷的聚合物電解質(zhì)層的交替堆疊，其中導(dǎo)電材料分散在所述復(fù)合材料層中的至少一個層中。19.權(quán)利要求18的電極，其中所述具有正電荷的聚合物電解質(zhì)為選自如下的至少一種--聚(氯化二烯丙基二甲基銨)(PDADMAC)、聚(烯丙基胺鹽酸鹽)(PAH)、聚(乙烯亞胺)(PEI)、和聚(甲基丙烯酸二甲基氨基-2-乙酯)(PDMAEMA)。20.權(quán)利要求18的電極，其中所述具有負(fù)電荷的聚合物電解質(zhì)為選自如下的至少一種--聚(磺苯乙烯)(PSS)、聚(丙烯酸)(PAA)、聚(乙烯基磺酸鹽)(PVS)、和聚[1-[4-(3-羧基-4-羥基苯基偶氮)苯磺酰胺基]-1，2-乙烷二基，鈉鹽](PAZO)。21.權(quán)利要求13的電極，其中所述集流體為生物相容的集流體。22.權(quán)利要求21的電極，其中所述生物相容的集流體包括選自...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許在賢，樸魯璟，林圭鉉，黃晟寓，
申請(專利權(quán))人：三星電子株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：