本发明专利技术涉及一种生产电极‑凝胶电解质组件的方法，所述电极‑凝胶电解质组件由包含自由基捕获位点的多孔碳质材料制成，所述方法包括：‑在碳质材料(1)的自由基捕获位点与官能化分子(5)之间形成键的步骤，‑制备溶液(S)的步骤，所述溶液(S)包含至少一种单官能单体和至少一种多官能单体、一种离子导电电解质和一种自由基引发剂，‑将所述单体的溶液(S)浸渍入碳质材料(1)的孔(2，3，4)的步骤，和‑原位自由基聚合所述单体的步骤。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于能量存储的部件如超级电容器。本专利技术更具体地涉及多孔碳基电极的钝化，其用于生产具有通过自由基方法获得的胶凝的聚合物电解质的超级电容器。
技术介绍
超级电容器或电化学电容器为特殊工艺的电容器，其使得有可能获得介于电池与常规电解质电容器之间的功率和能量密度。大多数超级电容器包括浸渍有电解质的两个多孔电极，所述两个多孔电极通过绝缘多孔膜隔离开，这允许包含在电解质中的离子循环。超级电容器的基本原理在于在固体电子导体的电极与液体离子导体的电解质之间的界面的电容特性。在施加于两个电极之间的电位差的影响下，能量存储通过电解质的离子分布在各个电极的表面附近而发生。从而在界面产生厚度限制为几纳米的空间电荷区(也被称为电化学双层)。超级电容器因此具有充分的电容。在蓄电池的情况下，能量储存实际上为静电源的，而不为电化学源的，这给予它们潜在的高的比功率。以往，超级电容器使用活性炭作为电极材料。正在开展研究以开发基于CNT (碳纳米管的首字母缩略词)的电极。碳纳米管具有约100S.Cm 1的电导率，大于约为IS.Cm 1的活性炭的电导率。碳纳米管容易加工；例如它们不需要使用粘结剂。此外，由于碳纳米管在巴克纸中彼此机械凝聚，因此碳纳米管片材(更通常称为“巴克纸”)的使用使得能够设想生产柔韧的超级电容器。通常，所使用的电解质基于季铵盐(如四氟硼酸四乙铵)的使用，其溶解在通常为乙腈或碳酸亚丙酯的有机溶剂中，这潜在地在损坏超级电容器的情况下具有溶剂泄漏的显著风险。能够防止泄漏的风险的一种改进在于制造全固体超级电容器，或者，换而言之，包含固体电解质的超级电容器，亦即，包含不流动的电解质的超级电容器。正在开发多种路径以获得固体电解质。—种路径在于制造聚合物电解质。聚合物电解质理解为是指:能够溶解盐或离子液体的聚合物，或在离子液体中合成的聚合物。该第一路径能够将离子导电性的性质与聚合物结合。这里是通过将盐或离子液体溶解在聚合物中获得的聚合物电解质的几个实施例:-聚丙稀腈或聚环氧乙烧或聚乙稀醇与离子液体的混合物，“A.Lewandowski, A.Swiderska, Solid State 1nics,169 21-24，(2004)”,-聚乙烯醇与磷钼酸的混合物，“Y.Zhang, X.Sun, L.Pan, H.Li, Z.Sun, C.Sun, B.K.Tay, J.0f Alloys and Compounds, 480，L17-L19, (2009)，，，-聚乙稀醇或磺化的聚醚醚酮与锂盐的混合物，“M.S.Kumar, D.K.Bhat, J.0fApplied Polymer Science, 114，2445-2454，(2009)这里是通过在离子液体中的在溶液中的单官能单体自由基聚合获得的聚合物电解质的几个实施例:-在1-乙基-3-甲基咪唑鑰四氟硼酸盐或在1-丁基吡啶鑰中在溶液中聚合的甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈或乙酸乙烯酯或苯乙烯或甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)，“A.Noda, M.Watanabe, Electrochimica Acta 45.1265-1270，(2000)”，-在1-乙基-3-甲基咪唑鑰双(三氟甲磺酰基)亚胺(EMITFSI)中在溶液中聚合的甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈或乙酸乙烯酯或苯乙烯或甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)或丙稀酸甲酯或丙稀酰胺，“Μ.A.B.H.Susan, T.Kaneko, A.Noda, and M.ffatanabe, J.AM.CHEM.SOC.，127，4976-4983，(2005)”。另一路径在于使用带有离子官能的聚合物，主要是离子液体型(如图1a至Id的聚合物)，电荷由大分子的侧链所带有:(a)聚(1-乙烯基-3-乙基咪唑鑰)盐，(b)聚(1-(6-(丙烯酰氧基)己基)-3_乙基咪唑鑰盐，(c)具有侧链的离子液体聚合物，衍生自甲基丙烯酸酯并带有3-乙基咪唑鑰基团作为阳呙子，(d)具有侧链的离子液体聚合物，由三氟甲磺酰亚胺阴离子官能化并具有1，3-乙基甲基咪唑鑰作为抗衡离子。图2表示聚合物，其通过二硼化的离子液体与1，4- 二氮杂双环辛烷的自组装而获得，为此电荷由大分子的主链带有。在该第二路径中，离子导电性能是聚合物固有的并由聚合物带有的离子官能提供。上述研发的路径使得可以生产固体电解质，但是所获得的离子电导率没有达到在功率方面的期望的性能。第三个路径需要设想在液体电解质存在下形成聚合物网络。聚合物网络捕获大量的液体电解质从而形成可能类似于固体的两相网络。该研发路径使得能够避免泄露的问题。此外，聚合物网络的重量分数低，电解质主要由液体相构成。相对于由上述路径获得的离子电导率，大量的液体相使得能够显著增加离子电导率。通过在聚合物和液体相之间产生的弱键合而获得的凝胶被称为物理凝胶。对于合成这些物理凝胶存在两个程序。第一个程序在于将ABA类型的三嵌段聚合物溶解于例如对嵌段B为选择性的溶剂中。存在多个能够根据该方法形成物理凝胶的溶液的实施例:-溶解在1-丁基-3-甲基咪唑鑰六氟磷酸盐()中的聚(苯乙烯-嵌段-环氧乙烷-嵌段-苯乙烯)(SOS)，()为离子液体，其为聚环氧乙烷的溶剂，aYiyong He, Paul G.Boswell, Philippe Bohlmann, and Timothy P.Lodge, J.Phys.Chem.B,111, 4645-4652，(2007) ”，-溶解在1-乙基-3-甲基咪唑鑰双(三氟甲基磺酰基)亚胺中的聚(苯乙稀-嵌段-甲基丙稀酸甲酯-嵌段-苯乙稀)三嵌段共聚物，“Keun Hyung Lee, SipeiZhang, Timothy P.Lodge, and C.Daniel Frisbie, J.Phys.Chem.B, 115, 3315-3321, (2011)”和“Keun Hyung Lee, Moon Sung Kang, Sipei Zhang, Yuanyan Gu, Timothy P.Lodge, andC.Daniel Frisbie, Adv.Mater., 24, 4457-4462, (2012)”。制备凝胶的第二个方法包括蒸发包含溶剂和非溶剂的混合物，具有不同溶解度的两种聚合物溶解于该混合物中。非溶剂的蒸发产生微孔，在第二步骤中，使用电解质在有机溶剂中的溶液填充该微孔。这里是可根据该另一方法形成物理凝胶的溶液的实施例:-聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为聚合物，二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，甘油作为非溶剂，在碳酸二甲基酯和碳酸亚乙酯混合物中的LiPF6作为液体电解质。此外，通过向硫酸的溶液中引入细分的二氧化硅，由于在二氧化硅颗粒之间以及在二氧化硅颗粒和硫酸溶液之间产生氢键，得到物理凝胶，“J.M.Ko, RY.Song, H.J.Yu, J.ff.Yoon, B.G.Min, D.ff.Kim, Electrochimica Acta, 50, 873-876，(2004)。所谓的“物理”凝胶本质上是可逆的并因此不太稳定。几个研究路径使得有可能通过聚合物网络的交联来开发不可逆的凝胶。下面是几个实施例:-由胺基团官能化的聚乙二醇与由琥珀酰本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生产电极‑凝胶电解质组件的方法，所述电极‑凝胶电解质组件基于包含自由基捕获位点的多孔碳质材料，所述方法包括：‑在碳质材料(1)的自由基捕获位点与官能化分子(5)之间形成键的步骤，‑制备溶液(S)的步骤，所述溶液(S)包含至少一种单官能单体和至少一种多官能单体、离子导电电解质和自由基引发剂，‑将所述单体的溶液(S)浸渍入碳质材料(1)的孔(2，3，4)的步骤，和‑原位自由基聚合所述单体的步骤。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·勒巴尼，L·迪韦，C·加林多，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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