一种水凝胶基超级电容器的制备方法技术

本发明专利技术属于柔性电子材料技术领域，具体涉及一种一体式水凝胶基超级电容器的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶基超级电容器的制备方法


[0001]本专利技术属于柔性电子材料
，具体涉及一种一体式水凝胶基超级电容器的制备方法
。

技术介绍

[0002]超级电容器是一种很有前途的新型储能装置，它结合了电容器的高功率和电池的高能量的优点
。
然而，传统的超级电容器容易受到各种机械变形的影响，导致液体泄漏
、
化学腐蚀等安全问题
。
这些可能会对设备的功能造成不可逆的损害，使其难以应用于柔性可穿戴电子设备
。
水凝胶基超级电容器作为一种新兴的超级电容器，由于其优异的安全性和显著的灵活性，在储能和电源方面有着广阔的应用前景
。
[0003]目前，制备水凝胶基超级电容器的方法主要是将两片水凝胶电极与一片离子导电水凝胶电解质夹在一起
。
在某些情况下，虽然水凝胶电极和水凝胶电解质具有良好的性能，但组装后的超级电容器的电容性能并不理想，这与水凝胶电极与水凝胶电解质之间的粘性较差，界面接触电阻较大有关
。
并且，超级电容器在拉伸
、
扭转
、
弯曲等过程中，如果电极电解质之间的界面接触不好会导致相邻层滑移甚至脱落，从而降低器件的性能
。
此外，目前报道的凝胶超级电容器的往往需要昂贵的材料或复杂的制造工艺，难以实现连续性和工业化生产，限制了其实际应用
。
因此，有必要开发出一种简单的可连续性制备水凝胶超级电容器的方法
。
专利技术内容
[0004]针对上述缺陷，本专利技术先将电极浆料和电解质浆料通过共挤出制得三层结构的前驱体，然后将前驱体通过冷冻干燥等方式交联形成凝胶；最后将所得凝胶置于电解质溶液中制得一体式水凝胶基超级电容器
。
由于电极浆料与电解质浆料挤出后，立即接触互相渗透，因此不易产生明显的电极与电解质界面分离现象；冷冻干燥的过程中，电极及电解质中的同种聚合物分子，发生穿插结晶，进一步促进了电极与电解质的相互接触，这非常有利于后续电化学性能提升
。
此外，本专利技术的制备工艺更加简单，且能够实现连续性大批量的生产
。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种水凝胶基超级电容器的制备方法，所述制备方法为：先将电极浆料和电解质浆料通过共挤出制得具有电极浆料层
‑
电解质浆料层
‑
电极浆料层结构的三层前驱体，然后将前驱体交联制成凝胶；最后将所得凝胶置于电解质溶液充分浸泡制得所述水凝胶基超级电容器
。
[0007]进一步，所述电极浆料的原料包括：聚合物
1、
活性物质
、
导电剂和溶剂；各原料的比例为：聚合物1：5～
15
重量份，活性物质：2～
20
重量份，导电剂：
0.1
～5重量份，溶剂：
40
～
93
重量份
。
[0008]进一步，所述聚合物1选自：聚乙烯醇
、
聚乙烯吡咯烷酮
、
聚丙烯酸
、
琼脂
、
明胶或聚
丙烯酰胺中的至少一种；所述活性物质为聚苯胺
、
聚吡咯
、
聚噻吩
、
二氧化锰
、
石墨烯
、
碳纳米管
、MXene
或炭黑中的至少一种；所述导电剂为金属粉末
、
石墨烯
、
碳纳米管或炭黑中的至少一种；所述溶剂为水
、
乙醇
、
二甲基亚砜
、N,N
‑
二甲基甲酰胺或
N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种
。
[0009]优选的，所述电极浆料选自下述组合中的一种：
[0010]聚乙烯醇
、
聚苯胺
、
碳纳米管和水；或：
[0011]聚乙烯醇
、
聚苯胺
、
石墨烯和水；或：
[0012]琼脂
、
炭黑和碳纳米管
、
聚吡咯和水
。
[0013]进一步，所述电极浆料的粘度控制在1～
5000Pa.s
，所述电解质浆料的粘度控制在1～
5000Pa.s。
优选的：所述电极浆料的粘度控制在
500
～
1100Pa.s
，所述电解质浆料的粘度控制在
500
～
1100Pa.s。
[0014]进一步，所述电极浆料采用下述方法制得：先将导电剂分散在溶剂中，再加入聚合物1，于
60
～
120℃(80℃)
搅拌使得聚合物1溶解；然后再加入活性物质，搅拌混合均匀，得到电极浆料
。
[0015]进一步，所述电解质浆料的原料包括：聚合物
2、
增稠剂和溶剂；各原料的质量比为：聚合物2：5～
20
重量份，增稠剂2～
40
重量份，溶剂：
40
～
93
重量份
。
[0016]进一步，所述聚合物2选自：聚乙烯醇
、
聚乙烯吡咯烷酮
、
聚丙烯酸
、
琼脂
、
明胶或聚丙烯酰胺中的至少一种；所述增稠剂为二氧化硅
、
淀粉
、
琼脂
、
明胶
、
羧甲基纤维素
、
丙二醇藻蛋白酸酯
、
甲基纤维素
、
淀粉磷酸钠
、
二氧化锰或氧化石墨烯中的至少一种；所述溶剂为水
、
乙醇
、
二甲基亚砜
、N,N
‑
二甲基甲酰胺或
N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种
。
本专利技术中，聚合物1和聚合物2可以相同，也可以不同
。
[0017]优选的，所述电解质浆料选自下述组合中的一种：
[0018]聚乙烯醇
、
二氧化硅和水；或：
[0019]聚乙烯醇
、
明胶和水；或：
[0020]琼脂
、
二氧化硅和水
。
[0021]进一步，所述电解质浆料采用下述方法制得：将聚合物2加入到溶剂中，于
60
～
120℃(80℃)
搅拌使得聚合物2溶解；然后加入增稠剂，搅拌混合均匀得到电解质浆料
。
[0022]进一步，上述制备方法中，将前驱体交联制成凝胶的方法为：冷冻干燥
、
光照
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水凝胶基超级电容器的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先将电极浆料和电解质浆料通过共挤出制得具有电极浆料层
‑
电解质浆料层
‑
电极浆料层结构的三层前驱体；然后将前驱体交联制成凝胶；最后将所得凝胶置于电解质溶液充分浸泡制得所述水凝胶基超级电容器
。2.
根据权利要求1或2所述的一种水凝胶基超级电容器的制备方法，其特征在于，所述电极浆料的原料包括：聚合物
1、
活性物质
、
导电剂和溶剂；各原料的比例为：聚合物
1 5
～
15
重量份，活性物质2～
20
重量份，导电剂
0.1
～5重量份，溶剂
40
～
93
重量份
。3.
根据权利要求3所述的一种水凝胶基超级电容器的制备方法，其特征在于，所述聚合物1选自：聚乙烯醇
、
聚乙烯吡咯烷酮
、
聚丙烯酸
、
琼脂
、
明胶或聚丙烯酰胺中的至少一种；所述活性物质为聚苯胺
、
聚吡咯
、
聚噻吩
、
二氧化锰
、
石墨烯
、
碳纳米管
、MXene
或炭黑中的至少一种；所述导电剂为金属粉末
、
石墨烯
、
碳纳米管或炭黑中的至少一种；所述溶剂为水
、
乙醇
、
二甲基亚砜
、N,N
‑
二甲基甲酰胺或
N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种；优选的，所述电极浆料选自下述组合中的一种：聚乙烯醇
、
聚苯胺
、
碳纳米管和水；或：聚乙烯醇
、
聚苯胺
、
石墨烯和水；或：琼脂
、
炭黑和碳纳米管
、
聚吡咯和水
。4.
根据权利要求1～3任一项所述的一种水凝胶基超级电容器的制备方法，其特征在于，所述电极浆料的粘度控制在1～
5000Pa.s
，所述电解质浆料的粘度控制在1～
5000Pa.s
；优选的：所述电极浆料的粘度控制在
500
～
1100Pa.s
，所述电解质浆料的粘度控制在
500
～
1100Pa.s。5.
根据权利要求2～4任...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正英，张港鸿，吴校天，王宇，杨伟，杨鸣波，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：