本发明专利技术提供一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用，将纤维素醚类缓慢加入到蒸馏水中，冰水浴搅拌，得到纤维素醚类水溶液；将电解质溶于蒸馏水中搅拌溶解后，得到电解质水溶液；将电解质水溶液在冰浴条件下缓慢滴加到纤维素醚类水溶液中，室温下反应6-24h，产物透析后，即得到基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液。利用纤维素醚类分子的亲水基团和电解液水分子之间在临界凝胶温度之下形成氢键表现为溶胶，对电化学性能基本无影响，临界凝胶温度之上形成凝胶网络结构，抑制电解液中离子的传输关闭导电通路，实现水系电解液对于温度改变的快速智能响应。系电解液对于温度改变的快速智能响应。系电解液对于温度改变的快速智能响应。
【技术实现步骤摘要】
一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及超级电容器过热保护
，更具体地说涉及一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]超级电容器具有循环性能稳定、自放电率低、使用寿命长和无污染等优点，在过去二十年来得到飞速发展，常运用于车辆起步发动机点火等需瞬时大功率的场合。然而超级电容器的耐高温和散热性能差，瞬时大电流导致的内部高温可能引起隔膜变形并最终导致局部短路，从而引发热失控，且现有的针对超级电容器的安全保护措施无法满足对于温度改变的快速智能响应。
[0003]温敏凝胶是一类能够受热激发、随温度改变而发生溶胶-凝胶可逆相转变的材料。近来有报道提出将高温下具有溶胶-凝胶可逆转变或相分离性能的响应性聚合物用于电解液中，以解决包括超级电容器和锂离子电池等电化学储能装置的热失控问题。电解质中的温敏凝胶在电池正常工作的常温下表现出溶胶态，对其电化学性能基本无影响；储能电池过热导致温度升高时，温敏聚合物达到凝聚温度发生相转变从而抑制电解液中离子的传输，达到关闭导电通路的目的。在此体系中，电化学电池充放电速率的大小根据低温-高温的变化发生相应改变，且由于温敏凝胶的热可逆性，一旦储能电池温度降到室温，其电化学性能将得到回复，因而被认为是一种积极有效的智能过热保护措施。基于以上原因，研究新型智能热响应电解液具有重要意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术克服了现有技术中的不足，提供了一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用，以聚乙二醇接枝甲基纤维素作为添加剂，利用纤维素醚类分子的亲水基团和电解液水分子之间在临界凝胶温度(LCST)之下形成氢键表现为溶胶，对电化学性能基本无影响；高温(>LCST)时去水化形成凝胶网络结构，抑制电解液中离子的传输关闭导电通路，从而实现水系电解液对于温度改变的快速智能响应，聚乙二醇起到提高温度敏感性的作用，从而达到常温工作-升温关闭的理想可逆过热保护。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。
[0006]一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液及其制备方法，按照下述步骤进行：
[0007]步骤1，将纤维素醚类缓慢加入到蒸馏水中，冰水浴搅拌，其中，纤维素醚类用量为0.0001-0.08质量份，纤维素醚类为甲基纤维素，得到纤维素醚类水溶液，将电解质溶于蒸馏水中搅拌溶解后，得到电解质水溶液，其中，电解质采用聚乙二醇(PEO)、过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)；
[0008]步骤2，将电解质水溶液在冰浴条件下以1-8滴/s的速度缓慢滴加到纤维素醚类水溶液中，再向上述反应容器中通入氮气除氧，室温20-25℃下反应6-24h，产物透析3-9天后，即得到基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液，
[0009]其中，基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液以聚乙二醇接枝的甲基纤维素作为添加剂，在临界凝胶温度(LCST)之下表现为水溶液，临界凝胶温度(LCST)之上时形成凝胶网络结构。
[0010]在步骤1中，甲基纤维素的黏度为1500mpa.s，纤维素醚类用量为0.0001-0.05质量份，蒸馏水温度0-5℃，纤维素醚类的加料时间为1-20min，搅拌时间为10-15h。
[0011]在步骤1中，电解质水溶液中相关物质的浓度分别为1.8-2.2mol
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聚乙二醇(PEO)水溶液、0.008-0.012mol
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过硫酸铵(APS)水溶液和0.008-0.012mol
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四甲基乙二胺(TEMED)水溶液，其中，聚乙二醇分子量为5000。
[0012]在步骤2中，冰浴温度为0-4℃，滴加速度为1-5滴/s，通氮气时间为0.5-2h，室温20-25℃下反应时间为8-15h，产物透析4-8天。
[0013]按照活性炭：导电炭黑：聚偏氟乙烯8:1:1的质量比制作超级电容器电极，将基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液用于超级电容器中，采用循环伏安法测试了电极在50mV/S扫描速度、电压为-0.2-0.6V下的电容，结果显示，在室温20-25℃条件下炭电极正常工作，具有较高电容值，升温到70℃时电容值急剧下降，具有常温工作-升温关闭的理想可逆过热保护的特性。
[0014]本专利技术的有益效果为：以聚乙二醇接枝甲基纤维素作为添加剂，利用其在水中低温溶胶-高温凝胶的性能制备智能热响应型电解液，其在室温条件下对电解液电化学性能基本无影响；本专利技术所采用的制备方法快速简单，无环境污染，适合工业化生产；本专利技术所制备的水凝胶电解液可以用于超级电容器，在室温下，具有优异的电化学性能，而在高温下电容值急剧下降，能满足超级电容器对可逆过热保护的要求。
附图说明
[0015]图1是实施例1制备的基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液的照片；
[0016]图2是实施例2制备的基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液分别在室温和高温下的照片；
[0017]图3是实施例3制备的以基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液为电解液超级电容器在不同温度下的循环伏安曲线；
[0018]图4是实施例3制备的以基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液为电解液超级电容器在室温下的充放电曲线；
[0019]图5是实施例3制备的以基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液为电解液超级电容器分别在室温和高温下的阻抗谱图。
具体实施方式
[0020]下面通过具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0021]实施例1
[0022]步骤1，将2g纤维素醚类缓慢加入到100g去离子水中，加料时间为1min，冰水浴搅拌12h，得到纤维素醚类水溶液，将0.15g聚乙二醇(PEO)、过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)溶于50g蒸馏水中搅拌溶解后，得到电解质水溶液，其中，过硫酸铵(APS)水溶液的浓度为0.008mol
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和四甲基乙二胺(TEMED)的浓度为0.008mol
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；
[0023]步骤2，将电解质水溶液在冰浴条件下以5滴/s的速度缓慢滴加到纤维素醚类水溶液中，再向上述反应容器中通入氮气0.5h除氧，室温20-25℃下反应8h，产物透析4天后，即得到基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液。
[0024]在75℃条件下该电解液发生溶胶-凝胶相转变，如图2所示，为淡黄色透明的均相溶液(a)在高温下转变为白色不透明凝胶状(b)。
[0025]实施例2
[0026]步骤1，将2.5g纤维素醚类缓慢本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液，其特征在于：按照下述步骤进行：步骤1，将纤维素醚类缓慢加入到蒸馏水中，冰水浴搅拌，其中，纤维素醚类用量为0.0001-0.08质量份，纤维素醚类为甲基纤维素，得到纤维素醚类水溶液，将电解质溶于蒸馏水中搅拌溶解后，得到电解质水溶液，其中，电解质采用聚乙二醇(PEO)、过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)；步骤2，将电解质水溶液在冰浴条件下以1-8滴/s的速度缓慢滴加到纤维素醚类水溶液中，再向上述反应容器中通入氮气除氧，室温20-25℃下反应6-24h，产物透析3-9天后，即得到基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液，其中，基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液以聚乙二醇接枝的甲基纤维素作为添加剂，在临界凝胶温度(LCST)之下表现为水溶液，临界凝胶温度(LCST)之上时形成凝胶网络结构。2.根据权利要求1所述的一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液，其特征在于：在步骤1中，甲基纤维素的黏度为1500mpa.s，纤维素醚类用量为0.0001-0.05质量份，蒸馏水温度0-5℃，纤维素醚类的加料时间为1-20min，搅拌时间为10-15h。3.根据权利要求1所述的一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液，其特征在于：在步骤1中，电解质水溶液中相关物质的浓度分别为1.8-2.2mol
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聚乙二醇(PEO)水溶液、0.008-0.012mol
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过硫酸铵(APS)水溶液和0.008-0.012mol
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四甲基乙二胺(TEMED)水溶液，其中，聚乙二醇分子量为5000。4.根据权利要求1所述的一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液，其特征在于：在步骤2中，冰浴温度为0-4℃，滴加速度为1-5滴/s，通氮气时间为0.5-2h，室温20-25℃下反应时间为8-15h，产物透析4-8天。5.一种基于温敏性甲基纤维接枝聚乙二醇的可逆过热保护水系电解液的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行：步骤1，将纤维素醚类缓慢加入到蒸馏水中，冰水浴搅拌，其中，纤维素醚类用量为0.0001-0.08质量份，纤维素醚类为甲基纤维素，得到纤维素醚类水溶液，将电解质溶于蒸馏水中搅拌溶解后，得到电解质...
【专利技术属性】
技术研发人员：许鑫华，曹明超，马绍帅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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