一种环境感知自修复柔性储能电极材料制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种环境感知自修复柔性储能电极材料制备方法及应用，涉及储能电极材料技术领域。本发明专利技术的电极材料是将氢键有机框架结构与纤维支架材料相结合制成一种柔性电极材料，通过优化制备工艺的步骤以及参数，使得该电极材料在具有较高比能量密度的同时，既具有很好的拉伸性和弯折性，又具有感知环境湿度从而对自身材料结构做出修复的独特性能。利用本发明专利技术的电极材料制备的可穿戴储能器件具有较高的使用寿命，同时在潮湿环境和水环境中使用效果佳。用效果佳。用效果佳。

【技术实现步骤摘要】
一种环境感知自修复柔性储能电极材料制备方法及应用


[0001]本专利技术属于储能电极材料
，具体涉及一种环境感知自修复柔性储能电极材料制备方法及应用。

技术介绍

[0002]在过去的几十年中，人们对多孔晶态材料进行了广泛的研究。其中，金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)由于具有永久的孔隙率、大的比表面积以及高度的可设计性等优势在气体分离与存储、水的纯化、非均相催化、电极材料、化学传感、药物传输等领域具有潜在的应用前景。这两类材料分别由不同的分子构筑单元通过配位键或共价键组装而成。
[0003]氢键有机框架(HOFs)是一类新型的多孔晶态材料，由有机或金属有机构筑单元通过分子间氢键作用组装而成。与共价键和配位键相比，氢键本质上具有作用力弱、柔性以及方向性较差等特点。在不同的溶剂以及合成条件下，HOFs往往具有不同的结构，极大的增加了其结构的多样性。此外，由于这种有机框架结构中包含了大量的氢键，所以HOFs材料在柔性应用方面具有潜力，这也使得HOFs具有一些固有的优势，如合成条件温和、溶液可加工性、易于再生和修复等。
[0004]在中国专利CN113201144A中公开了一种刚性的四羧基氢键有机框架材料，该材料主要用于C3H4/C3H6混合气体中选择性分离吸附丙烯丙炔，但没有在电极方面做出应用尝试；中国专利CN113045460A中公开了一种高核水簇的氢键有机框架材料及其制备方法，该专利技术主要是调控疏水溶剂的比例构建，通过相同的小分子有机化合物构建不同的氢键有机框架结构，并且合成了一种全新的高核水簇有机框架材料，但未在应用层面做出阐释，更没有用于制备电极材料；中国专利CN112920794A中公开了一种氢键有机框架复合发光材料及其制备方法，该材料在照明、显示以及发光器件领域中有应用潜力，但在储能器件领域的应用并未报道；中国专利CN112724416A中公开了一种生物基氢键有机框架材料，将其应用于非均相光催化CO2还原中，但在其他领域中的应用并未提及；中国专利CN109134882B中公开了一种咔唑基氢键有机框架材料，具有C2H4/C2H6选择性分离吸附性能，且具有良好的热稳定性与化学稳定性，重复使用成本低，主要应用于气体分离领域，未能够涉及超级电容储能领域；中国专利CN108727605B中公开了一种基于稠环配体构筑的氢键有机框架材料，由于该材料具有良好的生物兼容性和较低的生物毒性，在进一步复合抗癌药物之后，具有优良的复合化学
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光动力学治疗能力，表现了出优良的癌症治疗效果，因此该材料主要用于生物领域。欧洲专利EP3871768A1公开了一种氢键有机框架结构，该材料具有半导电性、质子导电、多孔等特性，并未应用于储能领域；中国专利CN112090298A公开了一种全纳米多孔MOF/HOF复合膜、制备方法，这种材料主要应用在气体分离中；中国专利CN111636208A公开了一种介孔氢键有机骨架纤维复合材料，该材料主要用于对芥子气进行降解，以上各专利均无在储能领域中应用，主要是该材料在导电性方面欠佳，以至于很难在储能领域应用起来；中国专利CN112552524A中公开了一种离子型氢键有机框架材料，其主要用于质子导电材料；
中国专利CN112614997A中公开了一种基于氢键有机框架材料的氟化碳正极材料的制备方法，其以多孔材料—氢键有机框架材料作为原料，经过高温碳化可以获得含有杂原子的多孔碳材料，采用由氟气、氟化氢和氩气组成的混合气体作为氟化气体，在加热条件下对多孔碳材料进行氟化可获得含有杂原子的氟化碳正极材料，但该方法步骤繁琐，合成条件要求较高(需要900℃的高温环境，且中间有氟化氢等有害物质参与反应)，不符合低成本、绿色、制备简单的合成路线。
[0005]综上所述，HOF材料用在制备超级电容器电极方面的研究尚未见报道，尤其是这种具备环境感知功能性的柔性电极材料从未被提及。本专利技术主要解决氢键有机框架材料导电性差和一些设备材料在潮湿环境中极易损坏失效的问题，通过利用该电极材料制备的器件不仅具有高柔性和高比能量密度，而且可以增强其寿命，尤其是作为电化学储能器件在较为潮湿的环境中使用时效果不降反增。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种环境感知自修复柔性储能电极材料制备方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1)，在室温下将10mg PEDOT:PSS(型号为PH 1000，来自贺利氏)与30mL去离子水混合均匀，制成溶液，然后用真空抽滤装置将PEDOT:PSS溶液均匀涂在直径为50mm的滤膜上，得到带有导电聚合物的滤膜支架，并裁剪成直径18mm的圆片备用；
[0008]步骤2)，在容器中加入0.15mmol金属盐和0.15mmol的六氟硅酸铵，然后加入去离子水制成6mL的水溶液，并将步骤1)制成的圆片滤膜支架放在水溶液上方；
[0009]步骤3)，将1mL乙腈和1mL去离子水混合均匀后缓慢滴加在滤膜支架上方，此时滤膜支架上方和下方均有不同的溶液体系；
[0010]步骤4)，将0.3mmol的腺嘌呤与3mL乙腈和3mL去离子水混合，制成混合溶液，然后缓慢加入到步骤3)溶液体系的上方，此时溶液呈分层状态，然后静置6天；
[0011]步骤5)，将静置处理后的滤膜支架取出，并用甲醇洗涤活化处理，最后离心分离5
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10min，并在60℃的真空干燥箱中干燥24h，即可得到环境感知自修复柔性储能电极材料。
[0012]优选地，步骤1)所述的混合方式是先在室温下磁力搅拌30min，然后超声混合30min。
[0013]优选地，步骤1)所述的滤膜为MCE滤膜(购买于深圳市益百顺科技有限公司)，孔隙为0.2μm。
[0014]优选地，步骤2)所述的金属盐为三氯化钌、六水合硝酸镍、三水合硝酸铜、高锰酸钾中的一种或者几种组合。
[0015]优选地，步骤5)所述的离心转速为1500rpm。
[0016]本专利技术还提供了一种环境感知自修复柔性储能电极材料，该电极材料是利用本专利技术的上述制备方法制备而成。
[0017]除此之外，本专利技术还提供了一种电极片，其是利用本专利技术所述的环境感知自修复柔性储能电极材料制备而成。
[0018]优选地，所述电极片的制备方法如下：
[0019](1)将制备的环境感知自修复柔性储能电极材料与乙炔黑和聚四氟乙烯以重量比
为8:1:1研磨1h制备成前驱体；
[0020](2)在步骤(1)的前驱体中加入乙醇，搅拌制备成糊状前驱体，其中乙醇和前驱体的质量比为15:2；
[0021](3)然后将糊状前驱体均匀涂覆在泡沫镍衬底表面，并在150℃下干燥12h，所述糊状前驱体的涂覆量为0.0576mg/cm2；
[0022](4)将干燥后的衬底材料在12MPa下压制2min，得到电极片。
[0023]本专利技术还提供了一种柔性超级电容器，即利用本专利技术所述的电极片作为正极组装成纽带型可穿戴非对称超级电容器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境感知自修复柔性储能电极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，在室温下将10mg聚3，4
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乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐与30mL去离子水混合均匀，制成PEDOT:PSS溶液，然后用真空抽滤装置将PEDOT:PSS溶液均匀涂在直径为50mm的滤膜上，得到带有导电聚合物的滤膜支架，并裁剪成直径18mm的圆片备用；步骤2)，在容器中加入0.15mmol金属盐和0.15mmol的六氟硅酸铵，然后加入去离子水制成6mL的水溶液，并将步骤1)制成的圆片滤膜支架放在水溶液上方；步骤3)，将1mL乙腈和1mL去离子水混合均匀后缓慢滴加在滤膜支架上方，此时滤膜支架上方和下方均有不同的溶液体系；步骤4)，将0.3mmol的腺嘌呤与3mL乙腈和3mL去离子水混合，制成混合溶液，然后缓慢加入到步骤3)溶液体系的上方，此时溶液呈分层状态，然后静置6天；步骤5)，将静置处理后的滤膜支架取出，并用甲醇洗涤活化处理，最后离心分离5
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10min，并在60℃的真空干燥箱中干燥24h，即可得到环境感知自修复柔性储能电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的混合方式是先在室温下磁力搅拌30min，然后超声混...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩颖慧，黄辉，史钦钦，薛智文，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：