【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能材料，具体涉及一种液态janus结构、janus凝胶电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、近年来，随着智能电子设备及电动汽车市场需求的不断扩大，对储能系统的电化学性能及安全性提出了更高的要求。作为储能器件的关键组成之一，新型电解质的设计和研发成为了提高各项性能指标的关键。聚合物电解质兼具液态电解质快速的离子输运特性和固态电解质的自支撑性，并可赋予器件良好的柔性、可塑性和高安全性，因此展现出广阔的发展前景。然而，受限于分子结构与官能团特性，现有的聚合物电解质难以同时兼具阳极侧的高压氧化稳定性与阴极侧的低压还原稳定性。与阴极侧兼容的聚合物电解质通常受限于阳极侧的不稳定性而无法实现电化学窗口的有效扩大，反之亦然。然而，基于分子结构改性与官能团相互作用的复杂性，开发一种兼具氧化还原稳定性的新型电解质将面临巨大的时间与成本投入。与之相比，充分利用已知电解质的特性与优势，在电极两侧设计与之相匹配的特异性传输离子和网络结构，更为简便有效。在此思路下，将janus结构引入聚合物电解质的设计和构筑中，有望突破当前聚合物电解质的发展瓶颈。
3、janus结构被定义为具有不对称结构或性质的颗粒或材料。具有janus结构的材料可提供诸如可切换渗透性、能量转换及协同反向性能等多种智能操作，是助力材料实现由单项性能到多功能集成转变的有利平台。均质聚合物电
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种液态janus结构、janus凝胶电解质及其制备方法和应用。具有混溶性的亲水低共熔溶剂和疏水离子液体分别作为上相和下相并在相间形成了混溶界面层组成液态janus结构。液态janus结构进一步聚合形成janus凝胶电解质，上相形成的低共熔凝胶层位于阴极具有还原稳定性，下相形成的离子凝胶层位于阳极具有高氧化电位，且凝胶之间通过混溶界面层形成高整合度界面，从而实现电极两侧离子的快速输运和反应的高效稳定进行，并有效拓宽电化学稳定窗口。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、第一方面，一种液态janus结构，由在界面处形成均相混溶层的上相和下相组成，所述上相为亲水低共熔溶剂，所述亲水低共熔溶剂由氯化胆碱和有机溶剂组成，所述下相为疏水离子液体，所述疏水离子液体为双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
4、当以含有氯化胆碱的纯低共熔溶剂作为电解液时，氯化胆碱阳离子(ch+)极易被还原，限制了电化学窗口的有效提升。但在液态janus结构中，当离子液体接触阳极，低共熔溶剂接触阴极时，ch+的还原被显著抑制。加之氯化胆碱中的cl-和有机溶剂之间的氢键相互作用，低共熔溶剂内部氢原子自由度降低，表现出低还原电位。而离子液体具有本体氧化稳定性，具有高氧化电位，因而适宜作为阳极侧电解液。二者结合有效扩大了电化学窗口。
5、优选的，所述有机溶剂为乙二醇或乳酸，氯化胆碱和有机溶剂的摩尔比为1:(1～3)。
6、优选的，所述双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐包括1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或n-乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
7、优选的，上相和下相的体积比为1:(0.99～1.01)。
8、第二方面，一种如第一方面所述的液态janus结构的制备方法，包括以下步骤：
9、将氯化胆碱和有机溶剂混合后于70～90℃下搅拌11～13h，得到亲水低共熔溶剂，将亲水低共熔溶剂倾倒在疏水离子液体上即得液态janus结构。
10、第三方面，一种janus凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：
11、分别在如第一方面所述的液态janus结构的上相和下相中加入单体、交联剂和引发剂，紫外光照引发聚合反应，即得janus凝胶电解质。
12、液态janus结构作为电解质时，对于放置方向具有严格要求，且易泄露，不满足智能电子产品的使用需求。因此，进一步将液态janus结构胶凝化，构筑自支撑的柔性janus凝胶电解质。
13、优选的，上相中加入的单体为亲水单体，所述亲水单体包括丙烯酸，所述亲水单体的浓度为200～400g/l；下相中加入的单体为疏水单体，所述疏水单体为甲基丙烯酸三氟乙酯，所述疏水单体的浓度为200～400g/l；所述交联剂包括乙二醇二甲基丙烯酸酯，交联剂浓度为10～30μl/l；所述引发剂包括2，2-二乙氧基苯乙酮，引发剂浓度为2～10μl/l；紫外光照时间为15～40min。
14、第四方面，一种janus凝胶电解质，通过如第三方面所述的制备方法获得。
15、第五方面，一种柔性超级电容器，包括集流体、电极活性物质和如第四方面所述的janus凝胶电解质。
16、第六方面，如第一方面所述的液态janus结构和/或如第四方面所述的janus凝胶电解质在能源储存和智能电子设备领域的应用。
17、上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
18、液态janus结构和janus凝胶电解质利用两相介质的密度与极性差异所构筑，巧妙集成了离子液体的高氧化电位与低共熔溶剂的低还原电位，可实现电化学窗口的有效扩大。
19、两相界面混溶层的存在，使janus凝胶电解质呈现出分层但一体式的宏观结构。相比于传统的分别聚合两相再贴合的组装方式，具有混溶界面层的janus凝胶电解质结构避免了两相凝胶的界面传输阻抗，以及分层、错位等问题，有助于提高离子传输速率。
20、离子液体和低共熔溶剂本体的高导电性、抗冻耐热与低挥发性等优异特性，赋予了janus凝胶电解质高离子电导率，宽温度耐受性以及长期储存稳定性。
21、得益于janus凝胶电解质的优异特性，基于其所组装的柔性超级电容器可在宽工作电压范围内维持正常的功率输出，表现出优异的能量密度与功率密度以及长期循环稳定性。
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1.一种液态Janus结构，其特征在于，由在界面处形成均相混溶层的上相和下相组成，所述上相为亲水低共熔溶剂，所述亲水低共熔溶剂由氯化胆碱和有机溶剂组成，所述下相为疏水离子液体，所述疏水离子液体为双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
2.如权利要求1所述的液态Janus结构，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇或乳酸，氯化胆碱和有机溶剂的摩尔比为1:(1～3)。
3.如权利要求1所述的液态Janus结构，其特征在于，所述双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐包括1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或N-乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
4.如权利要求1所述的液态Janus结构，其特征在于，上相和下相的体积比为1:(0.99～1.01)。
5.一种如权利要求1～4所述的液态Janus结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.一种Janus凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，上相中加入的单体为亲水单体，所述亲水单体包括
8.一种Janus凝胶电解质，其特征在于，通过如权利要求6或7所述的制备方法获得。
9.一种柔性超级电容器，其特征在于，包括集流体、电极活性物质和如权利要求8所述的Janus凝胶电解质。
10.如权利要求1～4所述的液态Janus结构和/或如权利要求8所述的Janus凝胶电解质在能源储存和智能电子设备领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种液态janus结构，其特征在于，由在界面处形成均相混溶层的上相和下相组成，所述上相为亲水低共熔溶剂，所述亲水低共熔溶剂由氯化胆碱和有机溶剂组成，所述下相为疏水离子液体，所述疏水离子液体为双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
2.如权利要求1所述的液态janus结构，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇或乳酸，氯化胆碱和有机溶剂的摩尔比为1:(1～3)。
3.如权利要求1所述的液态janus结构，其特征在于，所述双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐包括1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐或n-乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐。
4.如权利要求1所述的液态janus结构，其特征在于，上相和下相的体积比为1:(0.99～1.01)。
5.一种如权利要求1～4所述的液态janus结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.一种...
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