聚苯胺/植酸导电水凝胶及其制备方法以及柔性超级电容器技术

本发明专利技术涉及材料领域，具体而言，涉及一种聚苯胺/植酸导电水凝胶及其制备方法以及柔性超级电容器。采用电化学聚合方法制备聚苯胺/植酸导电水凝胶，能够有效地避免引发剂的使用，并省去后续的冗繁的清洗过程，极大地节省材料制备成本和时间。该方法能够实现材料的原位生长，而且制备出来的材料的均一性良好，因此器件的可重复性和稳定性良好。该方法能够通过控制聚合时间或反应溶液中各个组分的浓度来调控电化学活性物质的负载量，进一步达到控制柔性超级电容器容量的效果。

Polyaniline / phytic acid conductive hydrogel and its preparation method and flexible super capacitor

The invention relates to the field of materials, in particular to a polyaniline/phytic acid conductive hydrogel, a preparation method thereof and a flexible supercapacitor. Polyaniline / phytic acid conductive hydrogel is prepared by electrochemical polymerization, which can effectively avoid the use of initiator and save the subsequent redundant cleaning process, greatly saving the cost and time of material preparation. This method can achieve in-situ growth of materials, and the prepared materials have good homogeneity, so the device has good repeatability and stability. The method can control the load of electrochemical active substances by controlling the polymerization time or the concentration of each component in the reaction solution, and the effect of controlling the capacity of the flexible supercapacitor is further achieved.

【技术实现步骤摘要】
聚苯胺/植酸导电水凝胶及其制备方法以及柔性超级电容器
本专利技术涉及材料领域，具体而言，涉及一种聚苯胺/植酸导电水凝胶及其制备方法以及柔性超级电容器。
技术介绍
一些现有技术中，聚苯胺导电水凝胶的制备方法主要是将苯胺单体、骨架材料(聚乙烯醇)、交联剂(植酸、三氨基苯硼酸)等组分按照一定比例混合制备得到水系溶液，然后加入引发剂(过硫酸铵等)引发聚合反应，从而得到导电水凝胶。另有的一些现有技术中，聚苯胺基水凝胶的合成通常采用溶液聚合方法：即将苯胺单体、交联剂以及骨架材料溶于水中形成混合溶液，然后加入过硫酸铵等引发剂引发单体聚合，最终形成水凝胶体系。但是，这些方法要么需要加入引发剂，要么得到的产物需要放置在大量去离子水中清洗24小时以上，以除去引发剂、副产物及多余离子。操作复杂，效果较差。柔性超级电容器的器件结构通常为支撑基底层、集流体层、正极层、隔膜+固态电解质(隔膜+液体电解液)层、负极层、集流体层，其经典结构为电极-电解液-电极的三明治结构。但是现有柔性超级电容器的电极通常含有添加剂，如导电剂炭黑、粘结剂PTFE或者PVDF等，使得柔性超级电容器结构复杂，器件通常厚度较大，很难把器件做得很薄。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，提供一种新的制备聚苯胺/植酸导电水凝胶的方法。本专利技术的第二目的在于提供一种聚苯胺/植酸导电水凝胶。本专利技术的第三目的在于提供一种柔性超级电容器，该电容器不含添加剂，该器件能够在弯曲、折叠等条件下保持性能稳定，可以应用于柔性显示器和可穿戴电子器件。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：一种聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，包括：在柔性基底上制备金属集流体电极；制备苯胺/植酸混合溶液；将金属集流体电极组装成三电极结构，将金属集流体电极浸入苯胺/植酸混合溶液，对金属集流体电极施加电压，在金属集流体电极上沉积聚苯胺/植酸导电水凝胶。一种聚苯胺/植酸导电水凝胶电极材料，采用上述的聚苯胺/植酸导电水凝胶电极材料的制备方法制备得到。一种柔性超级电容器，包括基底电极，基底电极上沉积有如上述的聚苯胺/植酸导电水凝胶；以及PVA/H2SO4凝胶电解液；PVA/H2SO4凝胶电解液浇注在聚苯胺/植酸导电水凝胶电极材料的表面。其中，PVA/H2SO4凝胶电解液是将电解质材料、PVA加入到去离子水中，在80-90摄氏度搅拌制得；电解质材料、PVA以及去离子水的质量比为1:1:10。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，在柔性基底上制备金属集流体电极；制备苯胺/植酸混合溶液；将金属集流体电极组装成三电极结构，将金属集流体电极浸入苯胺/植酸混合溶液，对金属集流体电极施加电压，在金属集流体电极上沉积聚苯胺/植酸导电水凝胶。采用这种电化学聚合方法制备聚苯胺导电水凝胶电极材料，能够有效地避免引发剂的使用，并省去后续的冗繁的清洗过程，极大地节省材料制备成本和时间。该方法能够实现材料的原位生长，而且制备出来的材料的均一性良好，因而器件的可重复性和稳定性良好。该方法能够通过控制聚合时间或反应溶液中各个组分的浓度来调控电化学活性物质的负载量，进一步达到控制柔性超级电容器容量的效果。本专利技术提供的一种聚苯胺/植酸导电水凝胶，采用上述的聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法制备得到，该材料能够用于制备柔性超级电极。本专利技术提供的一种柔性超级电容器，包括基底电极以及PVA/H2SO4凝胶电解液。基底电极上沉积有聚苯胺/植酸导电水凝胶。PVA/H2SO4凝胶电解液浇注在聚苯胺/植酸导电水凝胶电极材料的表面。其中，PVA/H2SO4凝胶电解液是将电解质材料、PVA加入到去离子水中，在80-90摄氏度搅拌制得；电解质材料、PVA以及去离子水的质量比为1:1:10。该柔性超级电容器突破传统柔性超级电容器厚度较大的弊端，制备出的PET薄膜支撑的柔性超级电容器的整体厚度仅为200-300μm，有效工作面积为0.813cm2，这种器件质量轻、厚度薄、柔性好，易于实现柔性电容器的贴片化功能。该柔性超级电容器，具有良好的力学柔性，在弯曲、扭曲等状态下，器件的性能仍能够保持稳定，这一特性使其有望成为柔性显示设备、可穿戴电子器件的能量源。该柔性超级电容器还能够通过进一步的串并联结构设计，从而实现不同的功率和能量输出，满足实际应用中的不同需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的聚苯胺/植酸水凝胶在第一倍数下的扫描电子显微照片；图2为本专利技术实施例提供的聚苯胺/植酸水凝胶在第二倍数下的扫描电子显微照片；图3为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器横向柔性测试结果；图4为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器纵向柔性测试结果；图5为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器的在弯曲、扭曲、无形变状态下的循环伏安曲线；图6为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线图；图7为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器在不同电流密度下的恒流充放电曲线图；图8为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器的交流阻抗谱图；图9为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器的两个串联结构示意图；图10为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器的三个串联结构示意图；图11为本专利技术实施例提供的柔性超级电容器的恒流充放电次数与容量保持率的示意图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面对本专利技术实施例的聚苯胺/植酸导电水凝胶及其制备方法以及柔性超级电容器进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，包括：S1、在柔性基底上制备金属集流体电极。进一步地，柔性基底选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸类树脂、环氧树脂或者聚氨酯中的任意一种。进一步地，金属集流体电极选自金、铂、银、铜、镍、钴、锰或者铁中的至少一种。进一步可选地，上述的金属集流体电极选择金。柔性基底选择聚对苯二甲酸乙二醇酯。进一步地，在柔性基底上制备金属集流体电极是通过将金属材料采用磁控溅射法、真空蒸镀、化学气象沉积或者溶液法沉积至柔性基底上。进一步可选地，在柔性基底上制备金属集流体电极时选择通过将金属材料采用磁控溅射法沉积至柔性基底上。进一步地，在柔性基底上制备金属集流体电极是在柔性基底上制备叉指电极。具体地，选取厚度为30-200μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，裁剪成长方形，用去离子水和丙酮超声清洗几次，烘干待用。利用紫外激光冷加工技术加工叉指结构的掩膜版。在洗净的PET薄膜上贴上掩膜板，然后通过磁控溅射技术在PET薄膜上镀上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：在柔性基底上制备金属集流体电极；制备苯胺/植酸混合溶液；将所述金属集流体电极组装成三电极结构，将所述金属集流体电极浸入所述苯胺/植酸混合溶液，对所述金属集流体电极施加电压，在所述金属集流体电极上沉积聚苯胺/植酸导电水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：在柔性基底上制备金属集流体电极；制备苯胺/植酸混合溶液；将所述金属集流体电极组装成三电极结构，将所述金属集流体电极浸入所述苯胺/植酸混合溶液，对所述金属集流体电极施加电压，在所述金属集流体电极上沉积聚苯胺/植酸导电水凝胶。2.如权利要求1所述的聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述柔性基底选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸类树脂、环氧树脂或者聚氨酯中的任意一种。3.如权利要求1所述的聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述金属集流体电极选自金、铂、银、铜、镍、钴、锰或者铁中的至少一种。4.如权利要求1-3任一项所述的聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述苯胺/植酸混合溶液是将植酸溶液、苯胺单体和分散剂混合制备得到。5.如权利要求4所述的聚苯胺/植酸导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述分散剂选自硫酸、磷酸或者高氯酸中的至少一种。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，储翔，周怡琳，杨维清，邓稳，黄海超，张鹤鹏，韩宇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51