水凝胶电解质及其超级电容器制造技术

本发明专利技术公开了水凝胶电解质及其超级电容器，水凝胶电解质在引发剂的作用下，将含有聚合单体、高分子聚合物和水中的聚合单体聚合形成水凝胶电解质聚合物前体，然后将水凝胶电解质聚合物前体浸泡在含有交联所述高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液中；具有优异机械强度和柔韧性，组装为超级电容器不需要添加隔膜，简化了制造工艺，拓宽了电容器的电压的使用范围，具有实际应用价值。具有实际应用价值。具有实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
水凝胶电解质及其超级电容器


[0001]本专利技术涉及储能领域，具体涉及水凝胶电解质，还涉及由水凝胶电解质制得的超级电容器。

技术介绍

[0002]近年来，人们对于电子产品的个性化需求驱动了柔性电子技术的出现和发展，柔性电子技术在一定程度上改变了我们的思考方式和生活方式，被视为21世纪最具竞争力和发展前景的技术之一。随着柔性电子技术的发展进步，在柔性显示、植入式医疗、便携式和可穿戴等领域，已经出现了相关的柔性电子产品，常见的传统电子产品不同，柔性电子产品具有可弯曲、折叠、柔性和形状变形等多种新颖特征。因此，针对柔性电子产品的能量供应体系——柔性储能器件应运而生。其中，柔性超级电容器作为柔性储能器件的重要组成部分，它具有充放电速率快、功率密度高、循环寿命长等一系列优点，而且可以在机械变形条件下，保证持续稳定的能量输出，因此可以将其嵌入在动态变形和具有任意形状的物体上，作为柔性电源使用，这是传统电源无法做到的。
[0003]锌离子混合超级电容器中的电解质中锌离子静电放电具有安全、环保、成本低等优点，是一种很有前途的可穿戴设备。锌阳极具有较高的理论容量(823mAh g
‑1)和较低的氧化还原电位(相对于标准的氢电极
‑
0.76V)。锌离子混合超级电容器结合了超级电容器和电池的优点，由于具有较高的能量密度和功率密度，近年来成为备受关注的研究领域。
[0004]但是目前存在的储能材料通常采用凝胶电解质，凝胶电解质包括水凝胶电解质和有机凝胶电解质，有机凝胶电解质具有能量密度高的优点，但是柔性差，具有毒性，存在隐患；水凝胶电解质解决了毒性问题，但是存在柔性差和能量密度低，并且在寒冷环境下不适用。所以，亟需改进水凝胶性能，以满足实际应用。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种水凝胶电解质，通过将聚合物在含交联高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液浸泡，使其具有可弯曲、折叠、电压窗口宽的特点；本专利技术的目的之二在于提供超级电容器，不需要添加隔膜，简化了制造工艺，能量密度高。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1、水凝胶电解质，所述水凝胶电解质由以下方法制得：在引发剂的作用下，将含有聚合单体、高分子聚合物和水中的聚合单体聚合形成水凝胶电解质聚合物前体，然后将水凝胶电解质聚合物前体浸泡在含有交联所述高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液中。
[0008]本专利技术中，所述水溶液锌盐质量大于溶剂水。
[0009]本专利技术中，所述聚合单体为N，N
‑
二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、3
‑
磺丙基十四烷基二甲甜菜碱、3
‑
磺丙基十六烷基二甲甜菜碱、丙烯酸和2
‑
丙烯酰氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙烷磺酸中的至少一种；所述高分子聚合物为羧甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、纤维素粉、甲壳素、海藻
酸钠中的一种；交联所述高分子聚合物的无机盐为氯化锌、氯化钙、氯化铝、硝酸铈、氯化镁、氯化铜和氯化银中的一种；所述锌盐为氯化锌、硫酸锌、四氟硼酸锌、2
‑
巯基吡啶
‑
N
‑
氧化物锌盐、三氟甲烷磺酸锌、乙二胺四乙酸二钠锌盐、乙酰丙酮锌和双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌中的一种；所述引发剂为过硫酸铵。
[0010]本专利技术中，所述聚合单体、高分子聚合物和水的质量比为30：1：100
‑
30：3：200；更优选的，聚合单体、高分子聚合物和水的质量比为30：1.5：150。
[0011]本专利技术中，所述水溶液中无机盐浓度为0.1
‑
1M；锌盐浓度为7.5
‑
12M；更优选的，水溶液中无机盐浓度为0.1M，锌盐浓度为10M。
[0012]本专利技术中，按质量比为4：30：6000：30：300分别取N，N
‑
二甲基丙烯酰胺、过硫酸铵、丙烯酰胺，去离子水和海藻酸钠，搅拌溶解后，在烘箱中加热聚合；将聚合好的水凝胶电解质前体浸泡在10M氯化锌，0.1M氯化钙混合溶液中浸泡1小时，得水凝胶电解质。
[0013]2、超级电容器，所述超级电容器的电解质为制得的水凝胶电解质。
[0014]本专利技术中，所述超级电容器的负极为锌片，正极以钛箔作为正极集流体，集流体上涂敷有活性物质：导电炭黑：粘结剂聚偏氟乙烯质量比为8：1：1物质。
[0015]本专利技术中，所述活性物质为活性炭。
[0016]本专利技术中，所述正极由以下方法制备：通过在N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂中混合80wt％的活性炭、10wt％的炭黑和10wt％的聚偏氟乙烯，然后将混合物涂覆在钛箔上，在恒温烘箱中于80℃干燥，制备正极。
[0017]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了水凝胶电解质，该电解质采用水作为溶剂，安全性好，无毒，通过将聚合物在含交联高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液浸泡，获得了优异机械强度和柔韧性，并且能够拓宽电容器的电压的使用范围；利用电解质组装超级电容器组装时不需要添加隔膜，简化了制造工艺；并且制备超级电容器器件原料和结构简单，能以极低的制造成本实现低成本、可广泛使用的可充电电容器，满足大规模储能的需要。
[0018]解决了目前储能材料通常具有几个缺点，例如柔韧性差、存在隐患、毒性和特别低的能量密度。同时还能够在0
‑
2.1V的电压区间下能充放电，具有宽而稳定的电压窗口，在
‑
75℃下连接钟表实验发现制得的超级电容器在低温下不冻结并继续工作。
附图说明
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0020]图1为钙离子交联海藻酸钠的示意图；
[0021]图2为超级电容器的CV曲线,电压窗口在0
‑
2.1V；
[0022]图3为超级电容器的充放电曲线,电压窗口在0
‑
2.1V。
[0023]图4为超级电容器在弯曲角度下连通钟表结果；
[0024]图5为超级电容器在弯曲角度下连通钟表结果；
[0025]图6为超级电容器在
‑
75℃冰箱里取出后马上连接钟表结果。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0027]实施例1、水凝胶电解质的制备
[0028]水凝胶电解质具体制备方法，具体方法是分别取凝胶电解质聚合单体、引发剂、高分子聚合物和水，搅拌溶解后，加热至可引发聚合温度充分聚合，获得凝胶电解质聚合物前体，然后将聚合好的凝胶电解质聚合物前体浸泡在含有交联高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液中，其中溶液锌盐的质量大于溶剂水，在浸泡过程中高浓度的锌离子形成盐包水型电解质，有效阻止水被分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水凝胶电解质，其特征在于，所述水凝胶电解质由以下方法制得：在引发剂的作用下，将含有聚合单体、高分子聚合物和水中的聚合单体聚合形成水凝胶电解质聚合物前体，然后将水凝胶电解质聚合物前体浸泡在含有交联所述高分子聚合物的无机盐和锌盐的水溶液中。2.根据权利要求1所述水凝胶电解质，其特征在于：所述水溶液锌盐质量大于溶剂水。3.根据权利要求1所述水凝胶电解质，其特征在于：所述聚合单体为N，N
‑
二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、3
‑
磺丙基十四烷基二甲甜菜碱、3
‑
磺丙基十六烷基二甲甜菜碱、丙烯酸和2
‑
丙烯酰氨基
‑2‑
甲基
‑1‑
丙烷磺酸中的至少一种；所述高分子聚合物为羧甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、纤维素粉、甲壳素、海藻酸钠中的一种；交联所述高分子聚合物的无机盐为氯化锌、氯化钙、氯化铝、硝酸铈、氯化镁、氯化铜和氯化银中的一种；所述锌盐为氯化锌、硫酸锌、四氟硼酸锌、2
‑
巯基吡啶
‑
N
‑
氧化物锌盐、三氟甲烷磺酸锌、乙二胺四乙酸二钠锌盐、乙酰丙酮锌和双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌中的一种；所述引发剂为过硫酸铵。4.根据权利要求1所述水凝胶电解质，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈久存，陈秋红，金燕子，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：