【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性储能器件领域，具体是涉及用于柔性超级电容器的微藻复合深共晶溶剂型凝胶电解质及其制备方法。
技术介绍
1、随着对科技智能化和灵活性的不断依赖，可穿戴设备正在进入我们的日常生活，供能方式成为了一个亟待解决的问题，而液体电解质由于其固有的易泄露问题，难以适应可穿戴设备，因此采用凝胶电解质提高供能器件柔性是使其有效应用于可穿戴设备的关键。传统的水凝胶制备将水溶液作为溶剂，同高分子聚合物聚合形成单网络水凝胶，固有的脆性(耗能方式的匮乏)和水分解带来不稳定的电化学窗口(1.23v)都大幅降低了水凝胶力学性能和电化学性能，从而限制了水凝胶在柔性超级电容器中的应用。
2、为了提高水凝胶力学性能和电化学性能，有机液体和离子液体作为溶剂用于制备有机凝胶和离子凝胶，但同时有机液体的毒性和离子液体的高成本又成为了潜在缺陷。深共熔溶剂(des)具有低成本，易于合成，宽电化学稳定性窗口(esw)、宽温度范围、来源丰富、与电极组件兼容且环保和可生物降解等特性，使得它们对开发可持续且具有成本效益的储能设备具有吸引力。he等人采用深共熔溶剂(chcl-g ly)作为溶剂，通过丙烯酸单体在des中的原位聚合，开发了一种作为全天候(-20-80℃)和柔性超级电容器的电解质，具有3.33ms/cm的离子电导率和对各种界面的固有附着力。为了进一步增强凝胶电解质的力学性能提高超级电容器的柔性应用，wang等采用木质素结合des(甜菜碱-eg)增强增韧水凝胶制备了des离子凝胶电解质，具有约1.8mpa的高强度和超过1000％的应变，离子电导率
3、尽管引入des显著提升了凝胶电解质力学性能和电化学窗口，但对比可以发现，上述制备的凝胶电解质均具有较弱的机械性能和较低的离子电导率，同时所用生物质原料木质素和纤维素提取工艺复杂，耗能高。微藻内含有丰富的蛋白质和纤维多糖，同时其细胞壁上含有丰富的羟基、羧基、氨基等官能团，无需修饰极易同高分子材料形成氢键进行接枝，能够大幅提高水凝胶拉伸性能及断裂强度。
4、为了解决现有工艺的不足，在保持des及生物质在凝胶电解质中应用优势的同时提升des凝胶离子电导率。本方法通过采用微藻复合des(chcl-eg-urea)制备凝胶电解质，并引入少量小分子溶剂—水，在降低des粘度的同时使凝胶聚合过程更充分更稳定。本方法不仅能获得des复合凝胶的高力学性能和宽电化学窗口。而且能显著提高凝胶电解质的离子电导率。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种微藻复合des(深共熔溶剂)凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤制备：
2、(1)将chc l、eg、urea(氯化胆碱、乙二醇、尿素)三种试剂按照一定摩尔比称量，混合后以80℃加热搅拌0.5h，直至获得澄清透明的des(深共熔溶剂)。
3、(2)将des冷却至室温，向溶液中加入微藻藻粉，搅拌至完全分散后放入烘箱中加热；
4、(3)将步骤(2)中得到的微藻复合des混合溶液，冷却至室温，加入去离子水降低混合液粘度，再加入丙烯酸(aa)，充分搅拌后，加入引发剂过硫酸铵(aps)后持续搅拌，再加入交联剂n-n’亚甲基双丙烯酰胺(mba)持续搅拌得到微藻复合des凝胶前体液。
5、(4)将上述所得微藻复合des凝胶前体液使用超声波震荡至内部气泡全部排空，放入玻璃模具中，在真空干燥烘箱中加热聚合，得到微藻复合des凝胶电解质。
6、步骤(1)中，chc l：eg：urea摩尔比可选比例为(1:1:1；1:2:1；1:4:1)优选的，chcl：eg：urea摩尔比为1:2:1
7、步骤(2)中，微藻生物质与深共熔溶剂(des)的质量比为(0.1-0.5):10。
8、步骤(2)中,加热所需的温度为60℃、加热时间为0.5h。
9、步骤(3)中，所述去离子水与微藻复合des混合液的质量比为(1.08-2.5):10。
10、步骤(3)中，所述des与aa体积比为5：1(g:ml)；所述aps与aa的体积比为1：50
11、(g:ml)；所述mba与aa比例为1：100(g:ml)。
12、步骤(4)中加热所需的温度为55℃、加热时间为2h。
13、由微藻复合des凝胶电解质的制备方法制备的微藻复合des凝胶电解质的应用；将微藻复合des凝胶电解质置于两块柔性电极之间，组装形成三明治结构的电容器。
14、柔性电极的制备方法是：活性炭(伯尔斯-04)、乙炔黑、聚四氟乙烯(ptfe)分散液(60wt％)质量比为8：1：1制成混合浆料，加入少量乙醇，使用玻璃棒按同一方向持续搅拌20min，直至形成充分混合的活性炭电极浆料；取碳布裁剪为2*1cm2的矩形尺寸，将上述制备的电极浆料均匀涂抹至碳布上，在真空烘箱中以80℃放置12h至浆料中乙醇全部挥发，使单位面积碳布上活性物质负载保持在5-10mg范围内。
15、柔性电极和微藻复合des凝胶电解质之间无需其他封装措施。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、本专利技术提出了一种微藻复合深共熔溶剂型凝胶电解质及其制备方法，制备原料易得，成本较低，制备方法可控，安全。对比传统以水溶液、有机液体、离子液体为主体溶剂溶胀的凝胶电解质，des具有低成本、易于合成、宽电化学稳定性窗口、宽温度范围、来源丰富、与电极组件兼容且环保和可生物降解等特性。制备的微藻复合深共熔溶剂型凝胶电解质改善了水凝胶中水分解带来的esw太窄、水冻结或挥发带来的工作温度范围窄等问题。改善了有机凝胶中有机液体有毒易挥发，离子液体高成本以及高粘度带来离子电导率下降等问题。同时微藻接枝des网络避免了传统制备过程中利用纯化生物质如纤维素、木质素等采用复杂工艺、能耗高等问题，大幅提高了凝胶电解质力学性能以提高超级电容器的柔性应用。
18、微藻复合des凝胶大幅提升了水凝胶力学性能，微藻与des质量比在0.4：10时力学性能最佳，如图2微藻复合深共熔溶剂型凝胶电解质的力学性能测试曲线所示，断裂应力为135.81kpa，对应断裂伸长率为650％；图3不同含水量下微藻复合深共熔溶剂型凝胶电解质的电化学阻抗谱图所示，引入去离子水与des摩尔比为2.5：1时离子传输性能最好，离子电导率为9.90ms/cm；使用了改进电解质的器件电化学窗口和容量有较大提升，合成的超级电容器在室温下工作电压窗口为1.4v，根据图4柔性固态超级电容器的恒流充放电测试曲线计算的比电容为107.6f/g(1a/g)，相应电流密度下能量密度为7.32wh/kg，功率密度为263.52w/kg。并能够在弯曲折叠等柔性测试下保持良好的电化学行为。
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1.一种微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于由以下步骤制备：
2.根据权利要求1所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述Chcl：EG：Urea摩尔比为1:2:1。
3.根据权利要求1所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述微藻藻粉与DES溶液的质量比为(0.1-0.5):10。
4.根据权利要求1所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(2)中，加热所需的温度为60℃、加热时间为0.5h。
5.根据权利要求1所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述去离子水与微藻复合DES混合液的质量比为(1.08-2.5):10。
6.根据权利要求4所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述DES与AA比例为5g：1ml；所述APS与AA的比例为1g：50ml；所述MBA与AA比例为1g：100ml。
7.根据权利要求1所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(4)
8.根据权利要求1-6任一项所述的微藻复合DES凝胶电解质的制备方法制备的微藻复合DES凝胶电解质在制备柔性超级电容器中的应用；所述微藻复合DES凝胶电解质置于两块柔性电极之间，组装形成三明治结构的电容器。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述柔性电极的制备方法是：活性炭、乙炔黑、60wt％聚四氟乙烯分散液60wt％质量比为8：1：1制成混合浆料，加入少量乙醇，使用玻璃棒按同一方向持续搅拌20min，直至形成充分混合的活性炭电极浆料；取碳布裁剪为2*1cm2的矩形尺寸，将上述制备的电极浆料均匀涂抹至碳布上，在真空烘箱中以80℃放置12h至浆料中乙醇全部挥发，使单位面积碳布上活性物质负载保持在5-10mg范围内。
10.据权利要求8所述的应用，其特征在于柔性电极和微藻复合DES凝胶电解质之间无需其他封装措施。
...【技术特征摘要】
1.一种微藻复合des凝胶电解质的制备方法，其特征在于由以下步骤制备：
2.根据权利要求1所述的微藻复合des凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(1)中，所述chcl：eg：urea摩尔比为1:2:1。
3.根据权利要求1所述的微藻复合des凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述微藻藻粉与des溶液的质量比为(0.1-0.5):10。
4.根据权利要求1所述的微藻复合des凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(2)中，加热所需的温度为60℃、加热时间为0.5h。
5.根据权利要求1所述的微藻复合des凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述去离子水与微藻复合des混合液的质量比为(1.08-2.5):10。
6.根据权利要求4所述的微藻复合des凝胶电解质的制备方法，其特征在于步骤(3)中，所述des与aa比例为5g：1ml；所述aps与aa的比例为1g：50ml；所述mba与aa比例为1g：100ml。...
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