一種基于質子導電的抗凍有機水凝膠的超級電容器制造技術

本發明專利技術屬于新能源領域，涉及一種基于質子導電的抗凍有機水凝膠的超級電容器，包括AC電極和PolyAH

【技術實現步驟摘要】
一種基于質子導電的抗凍有機水凝膠的超級電容器


[0001]本專利技術屬于新能源領域，涉及一種超級電容器，具體涉及一種基于單質子導電的抗凍有機水凝膠的超級電容器。

技術介紹

[0002]隨著社會的快速發展，全球對新技術和新能源的需求迅速增加，這也促使新材料和儲能器件的出現。小型化、便攜化的柔性可穿戴電子設備帶來了爆炸式的發展。其中，作為電子儲能器件，柔性超級電容器(SC)因其重量輕、功率密度高、快速充放電能力和機械柔性等優點而備受關注。
[0003]CN202011536134.7公開了一種一體化制備PPy
?
CoCu
?
PAA/PEG柔性電容器的方法，本專利技術首先制備化學交聯的PAA/PEG水凝膠電解質，接著一體化制備PPy
?
CoCu
?
PAA/PEG超級電容器；本專利技術PAA/PEG凝膠電解質具有獨特的三維網絡結構、出色的機械性能和高離子電導率，有利于設備的柔性和電容性。201810126550.6將有機化合物聚合形成的剛性的導電材料與水溶性高分子的柔性高分子鏈進行物理交聯，形成具有三維網狀的高分子結構，從而得到具有較高電導率和較優機械性能的導電聚吡咯水凝膠電極材料。將本專利技術制備得到的導電聚吡咯水凝膠電極材料用于制備超級電容器的電極。
[0004]水凝膠因其固有的導電性、良好的機械性能和生物相容性的優勢，被廣泛的認為是柔性(SC)的理想材料，但是傳統的水凝膠電解質所富含的大量水分會在低于0℃以下不可避免的凍結。導致電解質的離子電導率和機械柔韌性顯著減弱甚至喪失。這嚴重限制了SC在低溫下的應用。
[0005]人們嘗試了大量方法去解決水凝膠在低溫下的凍結的問題，但是，極強的可塑性、高離子電導率、優異低溫性能的水凝膠電解質和高比電容、防凍性和抗干性好的超級電容器的研究仍然是一個難題。

技術實現思路

[0006]本專利技術的目的，是針對現有技術的不足，提供一種基于單質子導電的抗凍有機水凝膠的超級電容器及其制備方法。
[0007]本專利技術通過下列技術方案實現的：
[0008]一種有機水凝膠電解質基超級電容器，包括AC電極和PolyAH
?
E水凝膠，兩片AC電極分別覆蓋于PolyAH
?
E水凝膠電解質兩側。
[0009]所制備的電容器總厚度約為0.9mm，其中電解質的厚度約為0.3mm。
[0010]polyA3H1?
E
50
基SC的電阻從60℃時的5.08Ω只增加到
?
40℃時的22.13Ω。
[0011]polyA3H1?
E
50
基SC，在25℃，50mA g
?1時的質量比電容為115.8F g
?1，1A g
?1時保留71.5％至82.8F g
?1。60℃時，質量比電容在50mA g
?1時為130F g
?1(是25℃時的112.3％)，1A g
?1時保留75.7％至98.4F g
?1。當溫度為
?
40℃時，質量比電容在50mA g
?1時為79F g
?1(是25℃時的68.2％)，1A g
?1時保留58.7％至46.4F g
?1?；趐olyA3H1?
E
50
電解質的SC在
?
40℃至
60℃的廣泛的溫度范圍內都具有良好的電化學性能。
[0012]優選的，所述AC電極的采用下列方法制備：
[0013]1)將AC、導電碳黑和PVDF研磨，并加入NMP形成均勻的分散體。AC、導電碳黑和PVDF的質量比為8:1:1；
[0014]2)將分散體均勻地涂抹在碳布上，并在160～200℃的真空爐中放置18～30小時，以獲得AC電極。每個電極上活性物質的質量為1～3mg。
[0015]優選的，步驟1)中，加入適量的NMP，能使前三者形成一定粘稠度的懸浮液即可。
[0016]所述PolyAH
?
E水凝膠為，丙烯酰胺(AM)和陰離子單體2
?
丙烯酰氨基
?2?
甲基
?1?
丙烷磺酸(AMPS)在乙二醇(EG)和水的混合溶液中無規共聚得到。其中AM和AMPS單體的摩爾比為(6:1)～(1:6)，乙二醇(EG)和水的混合溶液中乙二醇的體積濃度為0％～70％。
[0017]更優選的，EG體積比為0時，polyAH水凝膠電解質的離子電導率為82.89～230.09mS cm
?1。優選的，polyAH水凝膠電解質的離子電導率為137.81～211.94mS cm
?1。polyAH水凝膠電解質的應力為48.9～11.3kPa，應變為376.36％～480.02％。
[0018]EG體積比為30％～70％時，polyAH水凝膠電解質的應力為37.3～11.7kPa，應變為728.92％～1772.72％；polyAH水凝膠電解質的離子電導率為0.55～1.28mS cm
?1。
[0019]經過8天后，乙二醇含量為30％～70％的polyAH電解質的保水能力50％～90％。
[0020]優選的，所述PolyAH
?
E水凝膠，采用下列方法制備：
[0021]一種PolyAH
?
E水凝膠的制備方法，包括下列步驟：
[0022]S1，將AM和AMPS單體溶解于乙二醇水溶液中，AM和AMPS單體的摩爾比為(6:1)
[0023]～(1:6)，乙二醇(EG)和水的混合溶液中乙二醇的體積濃度為0％～70％。單體和混合溶液的比例為1:2～1:4。
[0024]AM和AMPS單體分別溶解再混合或者將AM和AMPS單體先混合再放入溶劑中，兩種方式對結果不會產生影響，因為兩種單體均為親水性單體，均不會影響另外一種單體的溶解度，并且在這一步中沒有加入引發劑，不會提前反應。優選的，乙二醇(EG)和水的混合溶液中乙二醇的體積濃度為10％～70％；更優選的，乙二醇(EG)和水的混合溶液中乙二醇的體積濃度為30％～70％。
[0025]S2，將S1得到的溶液置于冰浴中攪拌0.5～1.5h，至單體全部溶解，
[0026]S3，向S2得到的溶液中加入引發劑，在冰浴中攪拌20～40分鐘，并超聲震蕩5～15min以去除氣泡，得到前驅體溶液。優選的，所述引發劑為APS，引發劑的加入量為單體質量的0.5～1.5wt％；更優選的，引發劑的加入量為單體質量的1wt％。
[0027]S4，將前驅體溶液注入模具中，密封置于30～50℃環境中聚合8～16h。聚合得到的水凝膠簡記為polyAxHy
?
Ez，其中x，y分別為AM和AMPS的摩爾比例，z為EG的體積濃度。
[0028]電解質的冰點低于
?
21.本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種有機水凝膠電解質基超級電容器，包括AC電極和PolyAH
?
E水凝膠，兩片AC電極分別覆蓋于PolyAH
?
E水凝膠電解質兩側；所述的電容器總厚度約為0.9mm，其中電解質的厚度約為0.3mm。2.如權利要求1所述的有機水凝膠電解質基超級電容器，其特征在于，polyA3H1?
E
50
基SC的電阻從60℃時的5.08Ω只增加到
?
40℃時的22.13Ω；polyA3H1?
E
50
基SC，在25℃，50mA g
?1時的質量比電容為115.8F g
?1，1Ag
?1時保留71.5％至82.8F g
?1(圖3.16a，b)。60℃時，質量比電容在50mAg
?1時為130F g
?1(是25℃時的112.3％)，1Ag
?1時保留75.7％至98.4F g
?1。當溫度為
?
40℃時，質量比電容在50mAg
?1時為79F g
?1(是25℃時的68.2％)，1Ag
?1時保留58.7％至46.4F g
?1?；趐olyA3H1?
E
50
電解質的SC在
?
40℃至60℃的廣泛的溫度范圍內都具有良好的電化學性能。3.如權利要求1所述的有機水凝膠電解質基超級電容器，其特征在于，所述AC電極的采用下列方法制備：1)將AC、導電碳黑和PVDF研磨，并加入NMP形成均勻的分散體。AC、導電碳黑和PVDF的質量比為8:1:1；2)將分散體均勻地涂抹在碳布上，并在160～200℃的真空爐中放置18～30小時，以獲得AC電極。每個電極上活性物質的質量為1～3mg。4.如權利要求1所述的有機水凝膠電解質基超級電容器，其特征在于，所述PolyAH
?
E水凝膠為，丙烯酰胺(AM)和陰離子單體2
?
丙烯酰氨基
?2?
甲基
?1?
丙烷磺酸(AMPS)在乙二醇(EG)和水的混合溶液中無規共聚得到。其中AM和AMPS單體的摩爾比為(6:1)～(1:6)，乙二醇(EG)和水的混合溶液中乙二醇的體積濃度為0％～70％。5.如權利要求4所述的有機水凝膠電解質基超級電容器，其特征在于，EG體積比為0時，polyAH水凝膠電解質的離子電導率為82.89～230.09mS cm
?1；優選的，polyAH水凝膠電解質的離子電導率為137.81～...

【專利技術屬性】
技術研發人員：班青，劉利彬，孫偉剛，呂秉璽，郭情情，
申請(專利權)人：齊魯工業大學，
類型：發明
國別省市：