一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器及其制备方法和在储能方面的应用技术

本发明专利技术公开一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器及其制备方法和在储能方面的应用，将2

【技术实现步骤摘要】
一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器及其制备方法和在储能方面的应用


[0001]本专利技术属于电容器的制备领域，更具体地说，涉及锌离子混合电容器电极材料及水凝胶电解质材料的制备方法及储能器件的组装。

技术介绍

[0002]锌离子混合电容器是近年来发展的结合锌离子电池和超级电容器两者特性的新型储能器件，可兼具电容器高充/放电速率和电池高能量密度等优良特性。随着近年来可穿戴、便携式电子设备的迅速发展，对功能化(如高柔性、安全性、耐低温等)的储能装置提出了更大的需求。高柔性的储能器件能更好的满足可穿戴器件的需求，同时耐低温性能也保障器件可在恶劣环境下正常工作。除此之外，采用水系电解质的锌离子混合电容器也能很好的满足使用中的安全性、环保性等。因此，制备高柔性、耐低温的锌离子混合电容器已经成为一项重要的研究课题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器及其制备方法和在储能方面的应用，实现锌离子混合电容器高柔性、耐低温性能。锌离子混合电容器容量达458.7F g
‑1，同时具有优异的柔性，在弯曲、扭转等条件下容量基本保持不变。低温下正常工作，在0℃和
‑
18℃下分别保持78.9％和55.5％的初始容量。
[0004]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
[0005]一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，整体为三明治结构，采用水凝胶电解质，其中水凝胶电解质为单体2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和单体丙烯酸的共聚水凝胶，丙烯酸和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸的摩尔比为(1：1)～(1：4)；在共聚水凝胶中添加氯化锌、氯化铁和氧化锌，氯化锌(物质的量)和两种单体(即单体2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和单体丙烯酸的物质的量的和)的摩尔比为(0.2—1)：1，氯化铁和两种单体的摩尔比为(5—8)：100，氧化锌和两种单体的摩尔比为(0.8—1)：2。
[0006]丙烯酸和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸的摩尔比为(1：1)～(1：3)。
[0007]氯化锌和两种单体的摩尔比为(0.5—1)：1。
[0008]氯化铁和两种单体的摩尔比为(6—8)：100。
[0009]氧化锌和两种单体的摩尔比为1：2。
[0010]阳极为锌箔；阴极为均匀涂覆活性炭和炭黑的碳布，活性炭和炭黑的质量比为(6—8)：1。
[0011]本专利技术的锌离子混合电容器在储能方面的应用，在1A g
‑1电流密度下比电容为458.75F g
‑1，在2A g
‑1电流密度下比电容为308.49F g
‑1，在3A g
‑1电流密度下比电容为234.37F g
‑1，在5A g
‑1电流密度下比电容为180.62F g
‑1，在10A g
‑1电流密度下比电容为145.62F g
‑1；在扭转、弯折90度、弯折180度下均具有相同的充放电曲线，具有优异的柔性；
在低温下可正常工作，在0℃和
‑
18℃下分别保持78.9％和55.5％的初始容量。
[0012]上述电容器的制备方法，按照下述步骤进行：
[0013]步骤1，将2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、丙烯酸、氯化锌、氯化铁、氧化锌均匀分散在去离子水中，过滤得到澄清溶液并加入引发剂引发聚合，以得到水凝胶电解质；
[0014]步骤2，将活性炭和炭黑超声分散在乙醇中，再均匀涂覆于碳布上，烘干后，制得阴极材料；将锌箔表面打磨去除氧化层作为阳极材料；
[0015]步骤3，将阳极材料、水凝胶电解质、阴极材料组装成三明治夹层结构，制备得到锌离子混合电容器。
[0016]在步骤1中，以2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、丙烯酸和氧化锌反应，以将氧化锌分散在反应体系中，考虑加入适宜量的氧化锌对反应体系进行中和，过滤得到澄清溶液。
[0017]在步骤1中，选择引发剂为2
‑
酮戊二酸，紫外照射下聚合得到水凝胶电解质。
[0018]在步骤1中，将澄清溶液滴入四氟乙烯模具中进行聚合，紫外照射时间为0.5h。
[0019]在步骤2中，活性炭和炭黑的质量比为(6—8)：1，超声处理时间为30—40min，在50—60℃烘箱中烘干30—40min。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的技术方案中使用酸性单体为添加的氯化锌、氯化铁和氧化锌提供均匀分散的氛围，制备的锌离子水凝胶电解质宏观表现为固态且具有良好的柔性，可作为良好的电解质材料应用于锌离子混合电容器中。本专利技术实现了高柔性、耐低温锌离子混合电容器的制备与应用，方法简便、安全，且对环境无污染。本专利技术制备的锌离子混合电容器展现出了优良的电化学性能，1A g
‑1电流密度下比电容为458.75F g
‑1。本专利技术制备的锌离子混合电容器展现出了优良的柔性，可在扭转、弯折90度、弯折180度条件下保持容量不变，制备的锌离子混合电容器表现出了良好的耐低温性，在0℃和
‑
18℃下分别保持78.9％和55.5％的初始容量。本专利技术制备的器件具有显著的应用前景和巨大的研究潜力。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1制备的水凝胶电解质的SEM照片。
[0022]图2是本专利技术实施例1组装的锌离子混合电容器在不同扫描速度的循环伏安曲线图。
[0023]图3是本专利技术实施例1制备的锌离子混合电容器在不同电流密度下的充放电曲线图。
[0024]图4是本专利技术实施例1制备的锌离子混合电容器在不同程度形变下的充放电曲线图。
[0025]图5是本专利技术实施例1制备的锌离子混合电容器在室温和低温下的充放电曲线图。
[0026]图6是本专利技术实施例1制备的锌离子混合电容器的交流阻抗曲线图。
[0027]图7是本专利技术实施例2组装的锌离子混合电容器在不同扫描速度的循环伏安曲线图。
[0028]图8是本专利技术实施例2制备的锌离子混合电容器在不同电流密度下的充放电曲线图。
[0029]图9是本专利技术实施例2制备的锌离子混合电容器的交流阻抗曲线图。
[0030]图10是本专利技术实施例3组装的锌离子混合电容器在不同扫描速度的循环伏安曲线
图。
[0031]图11是本专利技术实施例3制备的锌离子混合电容器在不同电流密度下的充放电曲线图。
[0032]图12是本专利技术实施例3制备的锌离子混合电容器的交流阻抗曲线图。
[0033]图13是本专利技术实施例4组装的锌离子混合电容器在不同扫描速度的循环伏安曲线图。
[0034]图14是本专利技术实施例4制备的锌离子混合电容器在不同电流密度下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，其特征在于，整体为三明治结构，采用水凝胶电解质，其中水凝胶电解质为单体2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸和单体丙烯酸的共聚水凝胶，丙烯酸和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸的摩尔比为(1：1)～(1：4)；在共聚水凝胶中添加氯化锌、氯化铁和氧化锌，氯化锌和两种单体的摩尔比为(0.2—1)：1，氯化铁和两种单体的摩尔比为(5—8)：100，氧化锌和两种单体的摩尔比为(0.8—1)：2。2.根据权利要求1所述的一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，其特征在于，阳极为锌箔；阴极为均匀涂覆活性炭和炭黑的碳布，活性炭和炭黑的质量比为(6—8)：1。3.根据权利要求1或者2所述的一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，其特征在于，丙烯酸和2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸的摩尔比为(1：1)～(1：3)。4.根据权利要求1或者2所述的一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，其特征在于，氯化锌和两种单体的摩尔比为(0.5—1)：1。5.根据权利要求1或者2所述的一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，其特征在于，氯化铁和两种单体的摩尔比为(6—8)：100。6.根据权利要求1或者2所述的一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器，其特征在于，氧化锌和两种单体的摩尔比为1：2。7.一种高柔性、耐低温锌离子混合电容器的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：步骤1，将2
‑
丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊萍，冀国晨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：