一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容及其制备方法技术

本发明专利技术一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容及其制备方法，属于超级电容器制备技术领域，所属IPC分类号为H01G11/56。所述超级电容由聚合物电解质预浸液浸润纤维布得到；所述聚合物电解质的原料包括，按质量分数计，介孔二氧化硅5～12.5％、导电离子液体6～15％、环氧树脂和固化剂补充至100％。发明专利技术通过使用平纹编织碳纤维布进行活化处理，制备电极，采用平纹编织玻璃纤维布作为隔膜；利用特定的环氧树脂、离子盐及介孔二氧化硅完成固体电解质制备，最后使用模压工艺制备得到了具有优异力学性能和电化学性能的超级电容制备。性能和电化学性能的超级电容制备。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容及其制备方法


[0001]本专利技术一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容及其制备方法，属于超级电容 器制备
，所属IPC分类号为H01G11/56。
技术背景
[0002]传统碳纤维增强复合材料以其优异的力学性能广泛应用于航空航天及国防 军事领域，在全寿命服役期内，碳纤维复合材料通常可以完成单一力学承载功能。 但是随着作战环境的日益复杂，高空、高速、智能、隐身等要求航空航天器中的 一种材料承担多种功能，如承载、防热、抗核、吸波、透波、隐身、储能等，材 料的多功能化对于实现武器装备的小型化、轻量化、智能化等意义重大。随着信 息技术的发展，武器装备及民用设备日益智能化，能量存储成为装备信息化及智 能化的主要限制因素。如新能源汽车里程焦虑已经成为限制新能源汽车进一步推 广的主要因素。如能利用碳纤维环氧树脂基复合材料实现结构
‑
储能一体化设计， 则可为国防及民用装备的信息化和智能化提供坚实的支持。
[0003]现阶段结构
‑
储能一体化碳纤维环氧树脂基复合材料储能结构应用形式可分 为：结构电池与结构超级电容。电池以其高密度能量存储效率得到广泛应用，但 是由于在充放电过程中通常涉及化学反应，因此对环境条件较为敏感，例如：低 温造成的有效充电量下降问题，隔膜破损造成的起火爆炸等，并且电池具有明显 充放电记忆特征，多次循环使用后，使用寿命大大减少，因此在军民领域中的应 用需要满足较为苛刻的应用条件。采用碳纤维环氧树脂制备结构电池进行结构
‑ꢀ<br/>储能装置的设计有较为常见。相比于电池，根据储能机理不同，超级电容器可分 为双电层电容器和赝电容器。赝电容器充放电也涉及化学反应，而双电层结构超 级电容则具有充放电为纯物理过程，对环境敏感度较低，全寿命期间近乎无损耗 无限制次数充放电，较高的功率和适度的能量存储密度等优点。结合碳纤维优良 的力学和导电特性，采用碳纤维环氧树脂制备双电层结构超级电容同，能够安全 且有效的实现了结构
‑
储能一体化的设计目标，因此双电层结构超级电容成为复 合材料多功能化的研究热点。近年来也有相关成果大量涌现，结构超级电容的成 功研发可以广泛应用于航空航天、无人船舶、手机和电脑等各行各业。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个方面提供了一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容，所述超 级电容由聚合物电解质预浸液浸润纤维布得到；所述聚合物电解质的原料包括， 按质量分数计，介孔二氧化硅5～12.5％、导电离子液体6～15％、环氧树脂和固 化剂补充至100％。
[0005]在一种优选的实施方式中，所述聚合物电解质的原料包括，按质量分数计， 介孔二氧化硅6～9％、导电离子液体9～11％、环氧树脂和固化剂补充至100％。
[0006]在一种更优选的实施方式中，所述聚合物电解质的原料包括，按质量分数计， 介孔二氧化硅7.5％、导电离子液体10％、环氧树脂和固化剂补充至100％。
[0007]在一种实施方式中，所述介孔二氧化硅由正硅酸乙酯作为硅源合成得到，按 照
《Rapid temperature
‑
assisted sonochemical synthesis of mesoporous silica SBA
‑
15》 中的方法合成得到。
[0008]申请人意外发现，在本专利技术体系中加入特定的介孔二氧化硅能够很好的增加 聚合物电解质的电子离子电导率和压缩性能，但是介孔二氧化硅的加入量太高的 时候会导致离子电导率降低，可能是因为聚合物网络内的二氧化硅聚集导致MSP 聚集附近形成局部区域，离子迁移率降低。
[0009]在一种实施方式中，所述导电离子液体的结构为
[0010]其中R1＝CH3或C2H5，R2＝C2H5或C3H7。
[0011]在一种优选的实施方式中，所述R1＝CH3，R2＝C2H5，具体的所述导电离子 液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(CAS号为：174899
‑
82
‑
2)。
[0012]在本专利技术中选用特定的导电离子液体增加了体系的较高的离子电导率。
[0013]为了增加聚合物电解质的硬度，在一种实施方式中，所述环氧树脂包括双酚 A型缩水甘油醚。
[0014]在一种优选的实施方式中，所述双酚A型缩水甘油醚的环氧当量为180～ 190g/eq。
[0015]在一种实施方式中，所述双酚A型缩水甘油醚的型号为南亚NPEL
‑
128。
[0016]在一种优选的实施方式中，所述环氧树脂还包括聚乙二醇二缩水甘油醚。
[0017]在一种实施方式中，所述聚乙二醇二缩水甘油醚的环氧值为0.30～ 0.38eq/100g。
[0018]在一种实施方式中，所述聚乙二醇二缩水甘油醚为聚乙二醇二缩水甘油醚 215。
[0019]在一种实施方式中，所述固化剂为胺类固化剂和/或酸酐类固化剂。
[0020]在一种优选的实施方式中，所述固化剂为胺类固化剂和酸酐类固化剂。
[0021]在一种实施方式中，所述胺类固化剂选自二乙烯二胺、三乙烯四胺或者多乙 烯多胺中的至少一种；优选用三乙烯四胺(CAS号：203
‑
950
‑
6)。
[0022]在一种实施方式中，所述酸酐类固化剂选自邻苯二甲酸酐、4
‑
甲基环己烷二 酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐中的至少一种。优选用4
‑
甲基 环己烷二酸酐(CAS号：19438
‑
60
‑
9)。
[0023]在一种优选的实施方式中，所述聚乙二醇二缩水甘油醚与胺类固化剂的重量 比为(8～13)：1；所述双酚A型缩水甘油醚与酸酐类固化剂的重量比为(15～ 20)：(4～6)。
[0024]在一种更优选的实施方式中，所述聚乙二醇二缩水甘油醚与胺类固化剂的重 量比为11：1；所述双酚A型缩水甘油醚与酸酐类固化剂的重量比为18：5。
[0025]在一种优选的实施方式中，所述聚乙二醇二缩水甘油醚、胺类固化剂的总重 量与双酚A型缩水甘油醚、酸酐类固化剂的总重量的重量比为(35～45)：(55～ 65)；优选为40：60。
[0026]申请人发现，虽然双酚A型缩水甘油醚能够在一定程度上提高聚合物电解 质的机械强度与热稳定性，但是单独使用双酚A型缩水甘油醚制备得到的超级 电容的降低了制品的离子电导率，可能是因为单独的双酚A型缩水甘油醚刚性 结构的存在，使得体系具有高交联密度，这种高交联密度会阻碍离子在聚合物基 质中的传输，从而影响结构超级电容器的离子电导率和储能能力。经过大量实验 发现，在本专利技术中使用一定量的聚乙二醇二缩水甘油醚215与双酚A型缩水甘 油醚环氧树脂协同作用，能够更好的增加结构超级电容器的储能能力，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容，其特征在于，所述超级电容由聚合物电解质预浸液浸润纤维布得到；所述聚合物电解质的原料包括，按质量分数计，介孔二氧化硅5～12.5％、导电离子液体6～15％、环氧树脂和固化剂补充至100％。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容，其特征在于，所述导电离子液体的结构为其中R1＝CH3或C2H5，R2＝C2H5或C3H7。3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型缩水甘油醚。4.根据权利要求3所述的一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容，其特征在于，所述环氧树脂还包括聚乙二醇二缩水甘油醚。5.根据权利要求4所述的一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容，其特征在于，所述固化剂为胺类固化剂和/或酸酐类固化剂。6.一种根据权利要求1
‑
5任一项所述的一种碳纤维/环氧树脂基结构超级电容的制备方法，其特征在于，步骤包括：S1：聚合物电解质的制备，将导电离子液体混入介孔二氧化硅中搅拌20～40min，然后加入环氧树脂室温搅拌4～6h，最后加入固化剂搅拌1
‑
5min得到聚合物电解质预浸液；S2：热压工艺，将聚合物电解质预浸液采用真空注塑的方法浸润至纤维布内，然后将注塑好纤维保...

【专利技术属性】
技术研发人员：周松，沈轶鸥，马勇川，
申请(专利权)人：上海墨浦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：