一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法技术

本发明专利技术涉及储能技术领域，具体涉及一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法，包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体，所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为：将0.01

【技术实现步骤摘要】
一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法


[0001]本专利技术涉及储能
，具体涉及一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法。

技术介绍

[0002]柔性电子设备因其在电子皮肤、人体生理活动监测、假肢和可拉伸触摸屏等方面的巨大应用而引起了越来越多的关注，因此，有必要寻求先进的可拉伸储能设备为柔性电子设备提供动力，无疑，可拉伸固态超级电容器可以满足柔性电子设备的性能要求，且兼具安全性。
[0003]可拉伸固态超级电容器不但具备普通超级电容器功率密度高、循环寿命长、安全、成本低等优点，而且其良好的可拉伸性和柔韧性使其能够很好地与可穿戴系统进行集成，可拉伸固态超级电容器就是在保证器件的功能特性(质量/体积能量密度、质量/体积功率密度、循环寿命、稳定性)与工业规模化生产适宜度的前提下，改善与应用情景(可拉伸、弯折等)相适应的力学性能。
[0004]可拉伸固态超级电容器的现有技术主要有两大类，一类是基于可弯曲的电活性材料，将其设计成特定的结构，如波浪状膜或者螺旋盘绕纤维；另一类是在柔性基底上用可拉伸的导线连接不可拉伸的储能组元的岛链结构。
[0005]第一类技术涉及的可拉伸活性材料主要基于碳材料，包括碳纳米管和石墨烯等，制备方法涉及模板的制备、移除等，但因碳基电极材料本身的限制，相应的超级电容器的电容量普遍不高，例如，Zhang等(Nitrogen
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Doped Core
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Sheath Carbon Nanotube Array for Highly Stretchable Supercapacitor.2017.Adv.Energy Mater.)将聚氨酯(PU)涂覆到N掺杂的碳纳米管(CNT)阵列上,制备出NCNT/PU膜,然后将聚乙烯醇(PVA)凝胶电解质夹于两层NCNT/PU薄膜之间形成三明治结构的可拉伸固态超级电容器，所得超级电容器可承受400％的应变，比电容仅为31.1mF/cm2；专利ZL201510165881.7利用化学气相沉积法在泡沫镍上制备石墨烯/镍，在柔性衬底上涂覆石墨烯/镍，得到可拉伸石墨烯/镍颗粒电极，以PVA为固态电解质，组装成可拉伸固态超级电容器，所得电容器虽离子电导率较高，但拉伸性能较差。
[0006]第二类技术中的岛链结构需要采用微纳加工技术，微纳加工技术包括器件的固定和封装，以及连接导线的设计，该技术复杂，且成本较高，Kim等(Fabrication of a Stretchable Solid
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State Micro
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Supercapacitor Array.2013.ACS nano.)采用微纳加工技术，用弯曲的Ti/Au导线连接每个单臂碳纳米管电极，组装成可拉伸固态超级电容器，用聚酰亚胺封装，该器件可承受30％的应变，最大比电容为55.3F/g。
[0007]现有的可拉伸固态超级电容器的技术都存在以下缺点：
[0008](1)弹性基底虽赋予活性材料一定的拉伸性能，但其在可拉伸固态超级电容器中所占比重过大，且不具有电化学活性，不利于器件的轻薄化；
[0009](2)在反复拉伸变形后，活性物质易于与弹性基底脱离，从而导致电化学性能降
低；
[0010](3)基于碳材料的可拉伸固态超级电容器的拉伸性能、比电容和能量密度较低，很难满足需求，且制备步骤繁琐，难以大规模生产；
[0011]因此，设计出一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法，对于目前储能
来说是迫切需要的，

技术实现思路

[0012]本专利技术提供一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法，以解决现有技术存在的问题。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0014]根据本专利技术的实施例，一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法，包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器，所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为：将0.01
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0.5摩尔的1,3
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丙烷磺酸内酯和0.05
‑
0.2摩尔的乙腈混合均匀后，添加到0.01
‑
0.5摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1
‑
0.3摩尔的乙腈的混合物中，在20
‑
30℃下搅拌6
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24小时，然后静置12
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60小时，得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗，得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体；
[0015]所述海藻酸钠溶液的制备过程为：将0.2
‑
2.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中，室温下搅拌得到均匀的溶液，然后在室温
‑
50℃下继续搅拌0.5
‑
3小时，得到海藻酸钠溶液；
[0016]所述海藻酸钠/丙烯酰胺
‑
甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为：将丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到海藻酸钠溶液中，再加入0.01
‑
0.2毫摩尔N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和0.01
‑
0.2毫摩尔过硫酸铵，混合均匀，将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶，成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时，每隔4小时更换一次去离子水，将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺
‑
甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时；
[0017]所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为：取0.2
‑
5克海藻酸钠/丙烯酰胺
‑
甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶，将凝胶浸泡在苯胺的酸性溶液中2
‑
24小时，得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
‑
甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶，成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时，每隔4小时更换一次去离子水，将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时；
[0018]所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为：将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在一定浓度的酸性电解液中1
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72小时，分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法，包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器，其特征在于：所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为：将0.01
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0.5摩尔的1,3
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丙烷磺酸内酯和0.05
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0.2摩尔的乙腈混合均匀后，添加到0.01
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0.5摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1
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0.3摩尔的乙腈的混合物中，在20
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30℃下搅拌6
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24小时，然后静置12
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60小时，得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗，得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体；所述海藻酸钠溶液的制备过程为：将0.2
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2.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中，室温下搅拌得到均匀的溶液，然后在室温
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50℃下继续搅拌0.5
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3小时，得到海藻酸钠溶液；所述海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为：将丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到海藻酸钠溶液中，再加入0.01
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0.2毫摩尔N,N
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亚甲基双丙烯酰胺和0.01
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0.2毫摩尔过硫酸铵，混合均匀，将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶，成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时，每隔4小时更换一次去离子水，将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时；所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为：取0.2
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5克海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶，将凝胶浸泡在苯胺的酸性溶液中2
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24小时，得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶，成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺
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甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时，每隔4...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯朝霞，王凯，屈晨滢，李思瑶，王悦，
申请(专利权)人：沈阳大学，
类型：发明
国别省市：