【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于离子凝胶，涉及一种具有高离子电导性、柔韧性强的基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的离子凝胶膜制备方法及应用。
技术介绍
1、
2、近年来，能源短缺和环境污染成为了世界关注的焦点问题。为了应对这些问题所带来的挑战和满足现代社会的迫切需求，提供生态友好、安全、高性能的储能设备已得到科学家与工程师的重点关注。伴随着储能设备不断发展和进步，以可弯曲和折叠的易穿戴设备（例如智能服饰、手表、可植入人体的医疗设备等）获得了研究者的广泛研究。在众多储能设备中（锂电池、燃料电池和超级电容器等），超级电容器因其具有充电时间短、循环周期寿命长、功率密度高、安全实用等独特性能和优势而受到广泛关注。柔性超级电容器除了具有传统电容器的优点外，它还有具有体积小、质量轻、易穿戴、弯曲性等一系列特点。因此将可再生能源价值化为电极和电解质材料，研发新型可持续发展的环保、安全和高电化学性能的柔性超级电容器，具有十分重要的应用前景。
3、柔性超级电容器的构筑，不仅需要高性能电极材料，同时电解质研发同样十分关键。电解质既是电子绝缘体，又是离子导体，理想电解质应具有环保、成本低、电势窗口宽、离子电导率高、化学和电化学稳定性强、与电解质材料匹配良好、低挥发性和易燃性低等特性。传统液体电解质通常由导电盐物质溶解在小分子液体溶剂中形成，分为水溶液电解质、有机电解质和离子液体电解质。但因其不能承受过多的外力导致器件变形损坏、会有有毒易挥发的液体电解质泄漏的风险，而很难满足柔性器件高稳定性和高安全性的设计要求。在这种情况下，固态电解质应运而生，其
4、离子凝胶作为一种新型凝胶电解液，是将离子液体分散在三维聚合物或无机网络中。离子液体作为离子载体和溶剂，具有离子电导率高、电化学窗口宽、化学稳定性和热稳定性好等优点，同时凝胶的固体网络扮演着结构矩阵角色大大提高了机械强度。由于离子液体的不挥发特性，相较于水凝胶和含有挥发性溶剂的有机凝胶，离子凝胶具有更好的稳定性。为了充分发挥离子液体作为电解液的潜力，常常将大量离子液体分散于三维互联固体中，但若凝胶密闭网络中存在大量离子液体，又会对其力学性能产生不利影响，产生易碎现象。所以，如何处理离子凝胶的离子电导率与其机械性能间的平衡，是亟待解决的关键科学问题。因此，为提高水凝胶材料的抗拉强度、抗压强度或韧性，研究者们在很多方面进行了尝试，比如制备滑环水凝胶、纳米复合水凝胶、三嵌段共聚物水凝胶、疏水改性水凝胶、四聚乙二醇水凝胶、高分子微球复合水凝胶和双网络水凝胶等力学性能优异的水凝胶。双网络凝胶是一类特殊的互穿网络凝胶，包括高度交联的聚电解质网络和低交联或非交联的中性网络结构，前者为双网络水凝胶提供刚性支架，使其保持三维立体形状；后者填充在刚性网络内，吸收外界应力以提高机械性能。综上所述，为提升凝胶聚合物电解质的电势窗口、离子导电率和机械强度，以及降低骨架材料的环境污染，开发一种生物质基双网络离子凝胶膜电解质用于柔性超级电容器，具有重要的科学价值与应用意义。
技术实现思路
1、
2、本专利技术的目的在于针对传统以水作为溶剂和结构单一的水凝胶电解质而言，存在机械强度低、电势窗口窄、离子导电率低等缺陷的问题和不足，提供一种基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的离子凝胶膜的制备方法，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
3、本专利技术所述的一种基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的离子凝胶膜制备方法，其步骤如下：
4、（1）离子液体[dmim][(meo)(h)po2]的制备：称取1-甲基咪唑和亚磷酸二甲酯，在100～170oc磁力搅拌10～15h，用乙酸乙酯对合成的产物进行洗涤，去除未反应的混合物，并在室温下进行真空干燥4～8h后，得到离子液体[dmim][(meo)(h)po2]；
5、所述步骤（1）中的1-甲基咪唑与磷酸二甲酯含量比例为1:1.0~2.0g，乙酸乙酯的含量与[dmim][(meo)(h)po2]的体积比为5~10:1。
6、所述步骤（1）中反应温度100～170oc，反应时间10～15h，真空干燥时间4～8h。
7、（2）称取纤维素加入[dmim][(meo)(h)po2]中，在70～130oc磁力搅拌1～5h的条件下进行溶解，在溶解过程中，纤维素的化学结构通过与亚磷酸根离子反应得到磷酸化纤维素。纤维素c-6位置的羟基被磷酸化，通过缩合反应脱除甲醇；
8、所述步骤（2）中纤维素与[dmim][(meo)(h)po2]比例为0.5~1.0g：10ml。
9、所述步骤（2）中反应温度70～130oc，反应时间1～5h。
10、（3）polyaspam(ea/api)聚合物的制备：称取聚琥珀酰亚胺装于250ml圆底烧瓶，溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入1-（3-氨丙基）咪唑，加热至40～70℃，搅拌30-60h；反应结束后加入乙醇胺，温度降至室温搅拌20～40h；所得反应物通过将产品装入透析袋中，通过去离子水透析1～3d，真空冷冻干燥后，可得到最终产物polyaspam(ea/api)；
11、所述步骤（3）中n,n-二甲基甲酰胺溶剂与聚琥珀酰亚胺中琥珀酰亚胺单元摩尔数的比例为1.5～4.5 l：1 mol；
12、所述步骤（3）中1-（3-氨丙基）咪唑摩尔数为琥珀酰亚胺单元摩尔数的0.2～2倍，所述乙醇胺摩尔数为琥珀酰亚胺单元摩尔数的0.25～2倍。
13、（4）将步骤（3）中得到的polyaspam(ea/api)聚合物溶解在离子液体中，加入步骤（2）中得到的磷酸化的纤维素溶液中制成混合液；
14、所述步骤（4）中polyaspam(ea/api)聚合物与离子液体的比例为0.5~1.0g: 5ml
15、（5）将戊二醛作为交联剂，加入步骤（3）得到的混合液中，超声为透明液体，在氮气保护下60～80oc搅拌5～8h，得到的粘稠的液体滴入聚四氟乙烯模具形成液态薄膜；
16、步骤（5）中戊二醛含量为纤维素和polyaspam(ea/api)聚合物总量的5%~20%
17、（6）步骤（5）得到的液态薄膜在室温空气中静置1-3d后，脱模得到基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的双网络p-cel离子凝胶膜。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、将两种绿色环保的高分子材料作为原料相结合，制备了双网络离子凝胶膜电解质材料。所采用的高分子原料为纤维素和聚天冬酰胺聚合物，在绿色环保、生物降解等方面具有天然优势。通过引入双交联机制及离子液体，可以大幅度的提高离子凝胶电解质的机械强度及离子导电率，从而提升全固态柔性电容器的电化学性质及应用前景。
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1.一种基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的离子凝胶膜材料及其制备方法，其步骤如下：（1）离子液体[DMIM][(MeO)(H)PO2]的制备：称取1-甲基咪唑和亚磷酸二甲酯，在100～170oC磁力搅拌10～15h，用乙酸乙酯对合成的产物进行洗涤，去除未反应的混合物，并在室温下进行真空干燥4～8h后，得到离子液体[DMIM][(MeO)(H)PO2]；（2）称取纤维素加入[DMIM][(MeO)(H)PO2]中，在70～130oC磁力搅拌1～5h的条件下进行溶解，在溶解过程中，纤维素的化学结构通过与亚磷酸根离子反应得到磷酸化纤维素。纤维素C-6位置的羟基被磷酸化，通过缩合反应脱除甲醇；（3）聚天冬酰胺衍生聚合物PolyAspAm(EA/API)的制备：称取聚琥珀酰亚胺装于250ml圆底烧瓶，溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，加入1-（3-氨丙基）咪唑，加热至40～70℃，搅拌30～60h；反应结束后加入乙醇胺，温度降至室温搅拌20～40h；所得反应物通过将产品装入透析袋中，通过去离子水透析1～3d，真空冷冻干燥后，可得到最终产物PolyAspAm(EA/API)；（4）将步骤（3）中
2.如权利要求1所述基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的离子凝胶膜电解质材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中1-甲基咪唑与磷酸二甲酯含量比例为1:1.0~2.0g，乙酸乙酯的含量与[DMIM][(MeO)(H)PO2]的体积比为5~10:1。
3.如权利要求1所述离子凝胶膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中纤维素与[DMIM][(MeO)(H)PO2]比例为0.5~1.0g：10ml。
4.如权利要求1所述离子凝胶膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中N,N-二甲基甲酰胺溶剂与聚琥珀酰亚胺中琥珀酰亚胺单元摩尔数的比例为1.5~4.5 L：1 mol。
5.如权利要求1所述离子凝胶膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中1-（3-氨丙基）咪唑摩尔数为琥珀酰亚胺单元摩尔数的0.2～2倍，所述乙醇胺摩尔数为琥珀酰亚胺单元摩尔数的0.25～2倍。
6.如权利要求1所述离子凝胶膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中PolyAspAm(EA/API)聚合物与离子液体的比例为0.5~1.0g: 5ml。
7.如权利要求1所述离子凝胶膜材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中戊二醛含量为纤维素和PolyAspAm(EA/API)聚合物总量的5%~20%。
...【技术特征摘要】
1.一种基于纤维素和聚天冬酰胺衍生聚合物的离子凝胶膜材料及其制备方法，其步骤如下：（1）离子液体[dmim][(meo)(h)po2]的制备：称取1-甲基咪唑和亚磷酸二甲酯，在100～170oc磁力搅拌10～15h，用乙酸乙酯对合成的产物进行洗涤，去除未反应的混合物，并在室温下进行真空干燥4～8h后，得到离子液体[dmim][(meo)(h)po2]；（2）称取纤维素加入[dmim][(meo)(h)po2]中，在70～130oc磁力搅拌1～5h的条件下进行溶解，在溶解过程中，纤维素的化学结构通过与亚磷酸根离子反应得到磷酸化纤维素。纤维素c-6位置的羟基被磷酸化，通过缩合反应脱除甲醇；（3）聚天冬酰胺衍生聚合物polyaspam(ea/api)的制备：称取聚琥珀酰亚胺装于250ml圆底烧瓶，溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，加入1-（3-氨丙基）咪唑，加热至40～70℃，搅拌30～60h；反应结束后加入乙醇胺，温度降至室温搅拌20～40h；所得反应物通过将产品装入透析袋中，通过去离子水透析1～3d，真空冷冻干燥后，可得到最终产物polyaspam(ea/api)；（4）将步骤（3）中得到的polyaspam(ea/api)聚合物溶解在离子液体中，加入步骤（2）中得到的磷酸化的纤维素溶液中制成混合液；（5）将戊二醛作为交联剂，加入步骤（3）得到的混合液中，超声为透明液体，在氮气保护下60～80oc搅拌5～8h，得到的粘稠的液体滴入聚四氟乙烯模具...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢羿冰，王博，李艳，杨晓东，任勃，张弘，
申请(专利权)人：吉林工程技术师范学院，
类型：发明
国别省市：
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