【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及儲(chǔ)能相關(guān)，尤其是涉及一種一鍋法制備柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器的方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著可穿戴傳感器、柔性顯示器、人造皮膚等柔性可穿戴電子設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)，柔性儲(chǔ)能設(shè)備作為一種關(guān)鍵電源進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。為了滿足柔性可穿戴電子設(shè)備更廣泛的應(yīng)用環(huán)境要求，柔性儲(chǔ)能設(shè)備不僅要設(shè)計(jì)成能在普通條件下(彎曲、扭曲和折疊)工作，還要設(shè)計(jì)成能在極端條件下(撞擊、穿刺、滾動(dòng)和洗滌)工作。多場(chǎng)景應(yīng)用條件給柔性儲(chǔ)能領(lǐng)域帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。在眾多的儲(chǔ)能系統(tǒng)中，超級(jí)電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性高等優(yōu)勢(shì)，有望發(fā)展成為多場(chǎng)景應(yīng)用的柔性超級(jí)電容器。通常，柔性超級(jí)電容器的實(shí)際性能主要取決于柔性電極(正極和負(fù)極)、電解質(zhì)和設(shè)備配置。盡管在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有出色電化學(xué)和機(jī)械性能的柔性陽(yáng)極、陰極和準(zhǔn)固體凝膠聚合物電解質(zhì)或固態(tài)電解質(zhì)方面取得了重大進(jìn)展，但組裝的柔性超級(jí)電容器提供的性能遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，更不用說(shuō)多場(chǎng)景應(yīng)用了。性能差距是由具有柔性正極、電解質(zhì)和負(fù)極(正極|電解質(zhì)|負(fù)極)的簡(jiǎn)單堆疊組件的夾層裝置配置造成的。衍生的正極/電解質(zhì)和電解質(zhì)/負(fù)極界面阻礙了它們之間的電子和離子傳輸，更嚴(yán)重的是，由于弱的物理相互作用而成為器件的最薄弱部分。高的機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致界面處的第一崩解，然后導(dǎo)致正極|電解質(zhì)|負(fù)極之間的相對(duì)位移，從而導(dǎo)致在多場(chǎng)景應(yīng)用條件下的器件的配置崩潰和快速性能退化。
2、一體化的柔性超級(jí)電容器已成為了科學(xué)與社會(huì)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。但是該采用何種方法去構(gòu)筑一體化的柔性超級(jí)電容器，這個(gè)問(wèn)題相繼有了許多解決方案；例如原位聚合法、傳統(tǒng)的層層堆疊法和層
3、不論是傳統(tǒng)的層層堆疊法、原位聚合法或?qū)訉映闉V法制備一體化超級(jí)電容器的過(guò)程中，往往需要許多步驟來(lái)進(jìn)行制備，比如傳統(tǒng)的層層堆疊法過(guò)程中，既要制備不同的正負(fù)極薄膜，還需單獨(dú)制備電解質(zhì)，再將其采用層層堆疊的方法將三層分別采用交聯(lián)或別的方法進(jìn)行黏合。不僅耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，材料制備周期久，且不能大量的統(tǒng)一制備。又比如原位聚合法，需在電解質(zhì)上進(jìn)行正極和或負(fù)極的培養(yǎng)，待正負(fù)極培養(yǎng)完成后，還需將其四周進(jìn)行切割，這些都是要耗費(fèi)大量的時(shí)間和步驟去制備超級(jí)電容器。
4、因此，需提供一種無(wú)需單獨(dú)制備或組裝正負(fù)極和電解質(zhì)，直接一體成型的制備超級(jí)電容器的方法以解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本專利技術(shù)提出一種一鍋法制備柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器的方法，無(wú)需單獨(dú)制備或組裝正負(fù)極和電解質(zhì)，直接一體成型構(gòu)筑無(wú)界面柔性不對(duì)稱超級(jí)電容器，該超級(jí)電容器具有良好的力學(xué)性能和電化學(xué)性能。
2、本專利技術(shù)還提供了上述超級(jí)電容器。
3、本專利技術(shù)還提供了上述超級(jí)電容器的應(yīng)用。
4、本專利技術(shù)的第一方面提供了一種超級(jí)電容器的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
5、s1、將乙烯-乙烯醇和有機(jī)溶劑加熱攪拌制得乙烯-乙烯醇共聚物溶液；
6、s2、將第一導(dǎo)電材料、第一儲(chǔ)能材料和溶劑攪拌混合制得第一導(dǎo)電儲(chǔ)能材料，將第二導(dǎo)電材料、第二儲(chǔ)能材料和溶劑攪拌混合制得第二導(dǎo)電儲(chǔ)能材料；
7、s3、將第一導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料、第二導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料與乙烯-乙烯醇共聚物溶液混合，采用外部施加的磁場(chǎng)將混合物進(jìn)行分層得到第一電極層、電解質(zhì)層和第二電極層；
8、s4、將多層混合物置于電解液中，得到超級(jí)電容器。
9、根據(jù)本專利技術(shù)第一方面實(shí)施例的制備方法，至少具有如下有益效果：
10、本專利技術(shù)所述的制備方法通過(guò)磁力驅(qū)動(dòng)誘導(dǎo)溶液分層出無(wú)界面三明治結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器，所述下層電極層與上層電極層中分別對(duì)應(yīng)的第一導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料與第二導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料在所述乙烯-乙烯醇共聚物內(nèi)通過(guò)磁力驅(qū)動(dòng)及重力沉降在聚合物兩側(cè)形成所述的下層電極層、上層電極層及中間電解質(zhì)層。本專利技術(shù)在制備或合成導(dǎo)電儲(chǔ)能材料過(guò)程中應(yīng)摻雜不同含量的導(dǎo)電材料，使導(dǎo)電材料包覆儲(chǔ)能材料，然后制得導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料；采用非磁性儲(chǔ)能材料通過(guò)水熱法制備下電極層，在乙烯-乙烯醇共聚物中通過(guò)重力作用下沉，并且形成分層；采用磁性儲(chǔ)能材料通過(guò)誘導(dǎo)合成法制備上電極層，在乙烯-乙烯醇共聚物中通過(guò)磁力驅(qū)動(dòng)法上浮。
11、本專利技術(shù)的制備方法將第一導(dǎo)電儲(chǔ)能材料、第二導(dǎo)電儲(chǔ)能材料和乙烯-乙烯醇共聚物一鍋混合，無(wú)需單獨(dú)制備正極、負(fù)極和電解液通過(guò)磁力驅(qū)動(dòng)直接一鍋成型得到柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器，該方法不僅可有效融合超級(jí)電容器的電極|電解質(zhì)|電極之間的界面，降低界面轉(zhuǎn)移電阻，從而提高柔性超級(jí)電容器的面積比容量，同時(shí)無(wú)界面超級(jí)電容器還可以同時(shí)在不同使用環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以提高超級(jí)電容器自身的電化學(xué)性能、耐彎曲和扭曲形變性能。
12、本專利技術(shù)方案的制備過(guò)程操作簡(jiǎn)便，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。
13、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，步驟s1中，所述有機(jī)溶劑選自非質(zhì)子極性、芳香烴、鹵代烴、醋酸酯、醚類溶劑或酮類溶劑中的至少一種。
14、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述芳香烴中的碳原子數(shù)為6～10。
15、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述鹵代烴包括氯苯、溴苯、三氯甲苯、二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷或四氯化碳中的至少一種。
16、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述醋酸酯選自醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、醋酸異丙脂、醋酸正丁酯或醋酸異丁酯中的至少一種。
17、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述醚類溶劑選自四氫呋喃、四氫吡喃、2-甲基四氫呋喃、二氧六環(huán)、乙二醇二甲醚或乙二醇二乙醚中的至少一種。
18、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述酮類溶劑選自丙酮、丁酮、環(huán)己酮、甲乙酮或甲異丙酮中的至少一種。
19、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述非質(zhì)子極性包括非質(zhì)子、非極性溶劑和非質(zhì)子、極性溶劑中的至少一種。
20、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述非質(zhì)子、非極性溶劑包括苯、乙醚和四氯化碳中的至少一種。
21、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述非質(zhì)子、非極性溶劑包括苯、乙醚和四氯化碳中的至少一種。
22、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述非質(zhì)子、極性溶劑包括二甲亞砜、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮中的至少一種。
23、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，所述所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯醇的含量為10％～73％，例如可以是10％、30％、48％、52％、65％、73％。
24、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，步驟s2中，所述第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料選自碳納米管、石墨烯、多孔炭、炭黑或碳纖維中的至少一種。
25、根據(jù)本專利技術(shù)的一些實(shí)施方式，步驟s本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述有機(jī)溶劑選自非質(zhì)子溶劑、芳香烴、鹵代烴、醋酸酯類、醚類溶劑或酮類溶劑中的至少一種；優(yōu)選地，所述非質(zhì)子溶劑包括非質(zhì)子、非極性溶劑和非質(zhì)子、極性溶劑中的至少一種；優(yōu)選地，所述非質(zhì)子、非極性溶劑包括苯、乙醚和四氯化碳中的至少一種；優(yōu)選地，所述非質(zhì)子、極性溶劑包括二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯醇的含量為10％～73％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述第一導(dǎo)電材料和第一儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為1～10：1；優(yōu)選地，步驟S2中，所述第二導(dǎo)電材料和第二儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為1～10：1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料選自碳納米管、石墨烯、多孔炭、炭黑或碳纖維中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述第一導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料、第二導(dǎo)電儲(chǔ)能復(fù)合材料和乙烯-乙烯醇共聚物溶液的質(zhì)量比為(1～3)：(1～3)：1000；優(yōu)選地，所述乙烯-乙烯醇共聚物溶液的濃度為0.4～0.6g/mol。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述磁場(chǎng)的強(qiáng)度為20～25emu/g；優(yōu)選地，步驟S3中，在混合物上方設(shè)置磁體，磁體與混合物的距離為0.1～100cm。
9.一種超級(jí)電容器，其特征在于，采用如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的制備方法制得。
10.一種柔性電子器件或可穿戴電子設(shè)備，其特征在在于，包含如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的制備方法制得的柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器，或如權(quán)利要求9所述的柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種柔性非對(duì)稱超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述有機(jī)溶劑選自非質(zhì)子溶劑、芳香烴、鹵代烴、醋酸酯類、醚類溶劑或酮類溶劑中的至少一種；優(yōu)選地，所述非質(zhì)子溶劑包括非質(zhì)子、非極性溶劑和非質(zhì)子、極性溶劑中的至少一種；優(yōu)選地，所述非質(zhì)子、非極性溶劑包括苯、乙醚和四氯化碳中的至少一種；優(yōu)選地，所述非質(zhì)子、極性溶劑包括二甲亞砜、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯醇的含量為10％～73％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述第一導(dǎo)電材料和第一儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為1～10：1；優(yōu)選地，步驟s2中，所述第二導(dǎo)電材料和第二儲(chǔ)能材料的質(zhì)量比為1～10：1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料選自碳納米管、石墨烯、多孔炭、炭黑或碳纖維中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張揚(yáng)帆，江澤宇，馮煒謙，林芷茵，易寧波，田立勇，吳彥城，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：五邑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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