一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法技术

本发明专利技术公开了一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法，通过将磷钨酸分散在聚乙烯醇

【技术实现步骤摘要】
一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法
(一)

[0001]本专利技术涉及一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法。
(二)
技术介绍

[0002]近年来，柔性储能器件在可穿戴设备、植入式医疗、柔性显示器等领域的应用需求日益增长。柔性全固态超级电容器作为一种新型的储能设备，因其具有充放电速率快、变形性好、循环寿命长等优点而得到了科学家们的密切关注。目前的柔性全固态超级电容器通常采用凝胶电解质，主要包含水凝胶、有机凝胶和离子液体凝胶三大类。其中水凝胶电解质具有导电率高、环境友好、成本低廉和稳定性好等优势，具有非常良好的应用前景。但水凝胶电解质的低分解电压使其具有能量密度低的重大缺陷。开发具有宽电压窗口、同时具有高离子电导率和优良机械性能的水凝胶电解质是该领域亟需解决的一个重要难题。
[0003]目前对于水凝胶电解质的主要研究集中在改善其机械性能、保水性、变形性和/或电导率等方面，对拓宽水凝胶电解质的工作电压窗口的研究则相对较少。最常用的策略是通过增强电解质中其他组分，如有机电解液或者离子液体，虽然可以提供2V以上的宽电压窗口，但是这类宽电压窗口的水凝胶电解质通常具有低的离子电导率和易燃有毒的缺点，进而导致较差的电化学性能。
(三)
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法。本专利技术通过选用合适的杂多酸(本专利技术选用磷钨酸H3PW
12
O
40
，简写为PW
12
，是一种常见的杂多酸)分散在聚合物的交联网络中(本专利技术选用聚乙烯醇Poly(vinylalcohol(PVA)与聚乙二醇Poly(ethyleneglycol)(简写为PEG)形成的交联网络)制备PVA
‑
PEG
‑
PW
12
水凝胶电解质，利用PW
12
较高的析氢反应过电位来拓宽电解质的电压窗口，同时利用PW
12
的“质子海绵”特性来保证凝胶电解质的高离子电导率。该方法制备工艺简单、易于操作、安全性高，有利于大规模生产。
[0005]与其他同类材料相比，采用本方法制备的水凝胶电解质的电压窗口宽(可达1.7V)且能保障其高质子电导率(可达51.7S
·
cm
‑1)，和996％的高断裂伸长率，在全固态超级电容器的应用中表现出优异性能。
[0006]为实现本专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法，所述方法包括如下步骤：
[0008](1)将聚乙烯醇(简写为PVA)和聚乙二醇(简写为PEG)溶于酸性溶剂中，得到PVA
‑
PEG混合溶液；
[0009](2)将磷钨酸(H3PW
12
O
40
，简写为PW
12
)溶解在酸性溶剂中，得到PW
12
溶液；
[0010](3)将PW
12
溶液缓慢滴加到PVA
‑
PEG混合溶液中，加热到80
‑
90℃并恒温搅拌混匀；得到PVA
‑
PEG
‑
PW
12
溶液
[0011](4)将柠檬酸水溶液缓慢滴加至PVA
‑
PEG
‑
PW
12
溶液中，搅拌混匀，温度保持80
‑
90℃；所得的溶液倒入模具，真空干燥，制得PVA
‑
PEG
‑
PW
12
水凝胶电解质，即为所述具有宽电压窗口的水凝胶电解质。
[0012]所述聚乙烯醇优选为PVA
‑
1788，醇解度87
‑
89％。
[0013]所述聚乙二醇的分子量优选为600
‑
20000。
[0014]所述步骤(1)中，优选在在75
‑
85温度℃下配制得到PVA
‑
PEG混合溶液。
[0015]所述步骤(2)中，优选在在30
‑
50温度℃下配制得到PW
12
溶液。
[0016]所述步骤(1)和步骤(2)中的酸性溶剂，优选为1～3mol/L的硫酸溶液，更优选为2mol/L的硫酸溶液。
[0017]所述步骤(1)中，优选所述聚乙烯醇与聚乙二醇的质量比为1:0.2
‑
1，更优选为1：0.3～0.5。
[0018]所述步骤(1)中，酸性溶剂的体积用量优选以聚乙烯醇的质量计为2～10mL/g，更优选为5mL/g。
[0019]所述步骤(2)，酸性溶剂的体积用量优选以磷钨酸的质量计为30～250mL/g，更优选为50～200mL/g。
[0020]所述步骤(2)中，磷钨酸、聚乙烯醇的质量用量比为0.0025～0.015:1，优选为0.0025～0.01:1，更优选为0.0075:1。
[0021]优选PW
12
溶液、PVA
‑
PEG混合溶液的体积比为1:8～12，更优选为1:10。
[0022]所述步骤(3)的搅拌时间优选为2～4小时。
[0023]所述步骤(4)的搅拌时间优选为20～40分钟。
[0024]所述步骤(4)中，柠檬酸水溶液中的柠檬酸、PVA
‑
PEG
‑
PW
12
溶液中的聚乙烯醇的质量用量优选比为0.05～0.1:1，优选0.08～0.9:1。
[0025]所述步骤(4)中，柠檬酸水溶液中，柠檬酸的浓度优选为0.3～0.5g/mL。
[0026]所述步骤(4)中，真空干燥优选在真空干燥箱中，于50
‑
70℃下干燥3
‑
6小时。
[0027]本专利技术还提供按上述方法制备得到的具有宽电压窗口的水凝胶电解质。
[0028]本专利技术提供的具有宽电压窗口的水凝胶电解质可用于制备全固态超级电容器。
[0029]本专利技术提供的PVA
‑
PEG
‑
PW
12
水凝胶电解质的制备方法的技术优点主要体现在：
[0030](1)PW
12
具有较高的析氢反应过电位，可以抑制水分解反应来扩大PVA
‑
PEG
‑
PW
12
水凝胶电解质的电压窗口，可高达1.7V。
[0031](2)PW
12
具有多酸化合物“质子海绵”的通性，有效保障了PVA
‑
PEG
‑
PW
12
水凝胶电解质的高质子电导率，电导率可高达51.7S
·
cm
‑1。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多酸调节制备具有宽电压窗口的水凝胶电解质的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：(1)将聚乙烯醇和聚乙二醇溶于酸性溶剂中，得到PVA
‑
PEG混合溶液；(2)将磷钨酸溶解在酸性溶剂中，得到PW
12
溶液；(3)将PW
12
溶液缓慢滴加到PVA
‑
PEG混合溶液中，加热到80
‑
90℃并恒温搅拌混匀；得到PVA
‑
PEG
‑
PW
12
溶液；(4)将柠檬酸水溶液缓慢滴加至PVA
‑
PEG
‑
PW
12
溶液中，搅拌混匀，温度保持80
‑
90℃；所得的溶液倒入模具，真空干燥，制得PVA
‑
PEG
‑
PW
12
水凝胶电解质，即为所述具有宽电压窗口的水凝胶电解质。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述聚乙烯醇为PVA
‑
1788，醇解度87
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：高静，董慧，贺子康，刘倩倩，吴世照，李国华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：