一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，属于电解质技术领域。本发明专利技术以聚丙烯胺盐酸盐为芯材，以碳酸钙为壁材，制备高强度自修复聚电解质复合材料，由于微胶囊是一种球形的载体，它可以全方位无死角的与潜在损伤接触，这样可以提高触发的成功率，另外胶囊的尺寸可以根据研究需要进行设计满足不同的要求，所以把修复剂放入微胶囊中是一种良好的包裹手段，聚丙烯胺盐酸盐可以通过毛细管虹吸现象迁移至破裂处，填充裂纹，形成良好的粘接，从而完成修复，使聚电解质具有良好的自修复效果，并且聚丙烯胺盐酸盐可以与聚电解质聚苯乙烯磺酸钠交联形成网络结合，可以加强自修复后聚电解质的力学强度和机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，属于电解质

技术介绍
由于各种柔性和可穿戴电子器件的快速发展，电化学储能现在变得越来越重要。柔性储能装置在各种机械应变下，尤其对于弯曲和剪切应变下保持电化学性能是必不可少的特性之一。这确实对电极材料以及器件中的其他组件（例如电解质，隔膜和集电器）以及不同材料之间的界面结合提出了更多要求。但是，要实现器件的柔性，应考虑不同的组件所使用的材料的独特性能，以减轻变形过程中不可避免的应变失配和分层。例如，可以使用具有足够厚度的常规金属材料（例如Al或Cu箔）或沉积导电材料到柔性基底上，如聚合物和弹性体来实现集电器的柔性。相反，要实现电极的柔性，可以选择单组份导电聚合物材料或碳基材料，如石墨烯和碳纳米管制成的纸。但是，如果将其与活性材料分离，则两者的简单组合可能由于界面粘合性差导致电极故障。虽然实现储能装置的柔性确实需要来自不同研究领域的学者的合作，但可以分别对装置中不同组件的柔性进行全面研究，例如电极材料、电解质材料、隔膜以及它们的集成和组装。然而，电解质有时甚至比制造柔性储能装置中的电极材料更重要，因为它们直接与系统电化学稳定的电位窗（ESPW）和电化学反应发生时的离子传输效率相关。在含水电解质环境中问题变得更加突出，因为电化学反应受水分解反应，析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的限制。由于这种特殊的限制，由含水电解质制成的储能装置的工作电压几乎不能超过由有机或离子液体电解质制成的那些。另一方面，溶剂水不可避免的蒸发同时柔性装置中电解质盐的沉淀导致内阻增加，可能会导致不可逆的性能下降。实际上，不合适的隔膜材料可能会对于储能装置造成严重问题，例如由电解质润湿性不足引起的有限的离子导电性和由于机械强度差引起的电极之间的短路。因此，使用聚合物水凝胶作为电解质以及用于柔性储能装置的隔膜有增长的趋势。超级电容器主要通过电解离子的表面吸附存储电化学能量，一般是分为双电层电容器（EDLC）或快速表面氧化还原反应的赝电容器，前者包括大部分碳材料，包括石墨烯和活性炭，后者覆盖大部分过渡金属氧化物和导电聚合物。两者结合的能量存储机制也可以在某些2D材料中找到，如过渡金属碳化物和氮化物，以及过渡金属二硫化物（TMD）。此外为改善液体电解质较低的能量密度和功率密度，在可穿戴超级电容器制造中使用柔性凝胶聚电解质（GPEs）有增长的趋势。在所有GPE中，以水凝胶为主的含水电解质的研究引起越来越多注意，因其多功能，安全性高，离子电导率高和机械性能优异等优点。此外，功能化的水凝胶还可以制备具有特殊附加功能的超级电容器用在智能化器件中。虽然基于PVA的凝胶电解质在柔性超级电容器的制造中使用最广泛，因为它们成本很低，无毒性和化学稳定性，但是PVA的一些内在特性确实限制了其实际应用。例如，虽然PVA侧链上的羟基可能会吸引一定量的水分子，与其他水凝胶相比PVA碳链较长以及亲水侧链数量不足，这些因素可能会削弱聚合物和水分子之间相互作用。这可能导致保水性差，不尽如人意的离子电导率进而可能会影响长期稳定性。事实上，虽然新鲜制备的PVA水凝胶可以与电解质共混，例如H2SO4，H3PO4和KOH从而达到10-4至10-1mS·cm-1的离子电导率，水分快速蒸发会导致离子电导率几天内大大降低。另外，基于PVA的电解质的超级电容器在PVA凝胶固化后的机械刚性和快速自放电也影响其应用。所以，已经有科研人员试图开发具有高离子电导率和机械柔韧性的新型水凝胶电解质应用于柔性超级电容器。方法是将原有的PVA基电解质与戊二醛（GA）交联，以改善其机械和电化学性能。超级电容器除储能之外的其他功能正在受到越来越多的关注。除了提供电化学能量存储功能，其对于外界破坏的自修复能力往往得益于聚电解质的自修复性能。除了柔韧性和拉伸性等机械性能之外，通过增强交联水凝胶对低温的抵抗力可以扩展水凝胶超级电容器的应用范围。水凝胶降至冰点以下时水凝胶中冰的形成导致可移动的水分子减少和电解质盐的沉淀。也移动水分子的含量对于电解质的离子导电性是必不可少的。此外，溶剂的损失和冰的形成可能会进一步加剧抑制聚合物的流变性，因而充电/放电期间的聚合物链运动与电荷跳跃受限。由于上述原因问题，储能装置在低温下容量可能损失很大甚至不能输出电能。改善低温下超级电容器的性能，有些人使用聚两性电解质凝胶作为电解质，具有改善的低温性质以及自修复能力。结果发现聚两性电解质（PA）水凝胶能够阻止整块冰块变成冰雪状的冰层，这可能会改善低温机械水凝胶的柔韧性和装置的可加工性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对当前自修复聚电解质存在机械性能较弱的问题，提供了一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）将纳米氧化锌加入聚电解质混合分散液中，置于超声波分散机内，在30～40℃的条件下超声分散1～2h，得混合分散液；（2）将混合分散液倒入预热模具中，并加入过氧化二异丙苯、甲基丙烯酸，通入氮气保护，在120～160℃的条件下以180～200r/min转速搅拌20～30min，保温蒸发4～8h，常温冷却，脱模，得高强度自修复聚电解质复合材料。所述的聚电解质混合分散液、纳米氧化锌、过氧化二异丙苯、甲基丙烯酸的重量份为50～60份聚电解质混合分散液、10～12份纳米氧化锌、0.5～0.6份过氧化二异丙苯、15～18份甲基丙烯酸。步骤（1）所述的超声分散的功率为500～600W。步骤（2）所述的预热模具的规格为200mm×100mm×60mm，氮气的通入速率为120～140mL/min。步骤（1）所述的聚电解质混合分散液的具体制备步骤为：（1）将聚苯乙烯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、阳离子聚乙烯醇加入去离子水中，常温下以240～280r/min转速搅拌20～30min，得聚电解质混合溶液；（2）将多壁碳纳米管、碳酸钙包覆聚丙烯胺盐酸盐微胶囊、十二烷基苯磺酸钠加人聚电解质混合溶液中，常温下以600～800r/min转速搅拌15～20min，在置于超声波分散机中，常温下超声分散1～2h，得聚电解质混合分散液。所述的聚苯乙烯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、阳离子聚乙烯醇、多壁碳纳米管、碳酸钙包覆聚丙烯胺盐酸盐微胶囊、十二烷基苯磺酸钠、去离子水的重量份为40～50份聚苯乙烯磺酸钠、20～25份羧甲基纤维素钠、20～25份阳离子聚乙烯醇、8～10份多壁碳纳米管、16～20份碳酸钙包覆聚丙烯胺盐酸盐微胶囊、4～5份十二烷基苯磺酸钠、160～200份去离子水。步骤（2）所述的超声分散的功率为400～500W。步骤（2）所述的碳酸钙包覆聚丙烯胺盐酸盐微胶囊的具体制备步骤为：（1）将无水氯化钙加入1/2的去离子水中，常温下以120～140r/min转速搅拌10～15min，得氯化钙溶液；（2）将聚丙烯胺盐酸盐加入氯化钙溶液中，常温下以180～200r/min转速搅拌15～20m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：/n（1）将纳米氧化锌加入聚电解质混合分散液中，置于超声波分散机内，在30～40℃的条件下超声分散1～2h，得混合分散液；/n（2）将混合分散液倒入预热模具中，并加入过氧化二异丙苯、甲基丙烯酸，通入氮气保护，在120～160℃的条件下以180～200r/min转速搅拌20～30min，保温蒸发4～8h，常温冷却，脱模，得高强度自修复聚电解质复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）将纳米氧化锌加入聚电解质混合分散液中，置于超声波分散机内，在30～40℃的条件下超声分散1～2h，得混合分散液；
（2）将混合分散液倒入预热模具中，并加入过氧化二异丙苯、甲基丙烯酸，通入氮气保护，在120～160℃的条件下以180～200r/min转速搅拌20～30min，保温蒸发4～8h，常温冷却，脱模，得高强度自修复聚电解质复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚电解质混合分散液、纳米氧化锌、过氧化二异丙苯、甲基丙烯酸的重量份为50～60份聚电解质混合分散液、10～12份纳米氧化锌、0.5～0.6份过氧化二异丙苯、15～18份甲基丙烯酸。


3.根据权利要求1所述的一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的超声分散的功率为500～600W。


4.根据权利要求1所述的一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的预热模具的规格为200mm×100mm×60mm，氮气的通入速率为120～140mL/min。


5.根据权利要求1所述的一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的聚电解质混合分散液的具体制备步骤为：
（1）将聚苯乙烯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、阳离子聚乙烯醇加入去离子水中，常温下以240～280r/min转速搅拌20～30min，得聚电解质混合溶液；
（2）将多壁碳纳米管、碳酸钙包覆聚丙烯胺盐酸盐微胶囊、十二烷基苯磺酸钠加人聚电解质混合溶液中，常温下以600～800r/min转速搅拌15～20min，在置于超声波分散机中，常温下超声分散1～2h，得聚电解质混合分散液。


6.根据权利要求5所述的一种高强度自修复聚电解质复合材料的制备方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯磺酸钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵灶生，
申请(专利权)人：赵灶生，
类型：发明
国别省市：湖南;43