CN102280255B - 碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了碘化物掺杂碱性聚合物凝胶电解质的制备方法，是一种先将聚合物凝胶基体溶于水中，加入适量的强碱，然后再加入适当的碘化物制成电解液复合物；一定条件下，除去多余水分形成碘化物掺杂碱性聚合物凝胶电解质的技术。通过这种方法制备的凝胶电解质具有良好的导电性能，其室温最大电导率超过12mS/cm。这一聚合物凝胶电解质在超级电容器、锂离子电池、镍氢电池、锌锰电池、太阳能电池、光电器件等领域有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，属于新材料技术及能源技术领域。
背景技术
电化学超级电容器是介于传统电容器与充电电池之间的一种新型电化学能量存储装置，它有着比传统电容器功率密度大和比充电电池功率密度高的优点而且可快速充放电，使用寿命长，工作温度范围宽，免维护等特点，有广泛的应用前景，如便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等，电化学超级电容器的关键在于电极和电解质材料的选择。
凝胶电解质结合了液体电解质电导率高、接触性能好以及固体电解质体系性能稳定的优势，被广泛研究与应用。凝胶电解质是聚合物基体对电解质盐的吸收而形成的，现有的凝胶电解质是非氧化还原活性的电解质，只是在物理状态上的变化来解决固液电解质的不足，其电导率还是较低，无法满足电化学超级电容器的应用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，其可制备出电导率较高、满足电化学超级电容器应用要求的凝胶电解质。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，先将聚合物凝胶基体溶于水中，加入适量的强碱，然后再加入适当的碘化物制成电解液复合物，除去此电解液复合物中多余水分便得到碘化物掺杂聚合物凝胶电解质。
碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，通过下列步骤实现：
第一步，原料的制备：
(a)聚合物凝胶基体溶液的制备：将聚合物凝胶基体与水以10-20∶50-90质量比混合，1～90℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液；
(b)强碱溶液的制备：将强碱溶解于蒸馏水中，将其配置成0.5-5mol/L的强碱溶液；
(c)碘化物水溶液的制备：将碘化物溶解于水中，配置成0.1-0.8mol/L的碘化物水溶液；
第二步，往第一步(a)得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入5-15ml第一步(b)配好的强碱溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态；
第三步，向第二步得到的均质溶液中加入5-15ml第一步(c)配好的碘化物水溶液，继续搅拌，得到均质电解液；
第四步，将第三步得到的均质电解液转移至1～90℃环境下，除去此均质电解液中的多余水分便得到碘化物掺杂聚合物凝胶电解质。
上述聚合物凝胶基体采用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚丙烯酸盐中的一种或多种；上述强碱采用氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂中的一种或多种；上述碘化物采用碘化钾、碘化钠、碘化锂和碘化铵中的一种或多种。
采用上述方案后，本发明的有益效果在于：首先，在凝胶电解质中掺入碘化物，通过碘化物的氧化还原反应来加快电解质中电子的传导，从而提高电解质的电导率；其次，因为碘化物在碱性条件下存在可逆的法拉第反应，并将其应用于超级电容器中，有利于提高超级电容器的赝电容及功率密度等性能。通过本发明方法制备的碘化物掺杂聚合物凝胶电解质，室温最大电导率超过13mS/cm，完全满足电化学超级电容器的应用要求，并在锂离子电池、镍氢电池、锌锰电池、太阳能电池、光电器件等领域也有着广泛的应用。
具体实施方式
实施例1：
本发明碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，通过如下步骤实现：
第一步，聚合物凝胶基体的制备：先将聚乙烯醇与去离子水以1∶9质量比混合，在50℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液。
第二步，溶液配制：
(a)氢氧化钾溶液的配制：将氢氧化钾溶解于去离子水中，将其配置成0.5mol/L的氢氧化钾溶液。
(b)碘化钾水溶液的配置：将碘化钾溶解于去离子水中，配置成0.1mol/L的碘化钾水溶液。
第三步，向第一步得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入15ml第二步(a)中配好的氢氧化钾溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第四步，向第三步得到的均质溶液中加入15ml第二步(b)中配好的碘化钾水溶液，继续搅拌，得到均质的电解液。
第五步，将第四步得到的均质电解液转移至1℃环境下除去多余水分至形成白色均质的凝胶电解质，冷却至室温密封保存以待用。
通过上述方法，得到的凝胶电解质室温最大电导率超过10mS/cm。
实施例2：
第一步，聚合物凝胶基体的制备：先将聚氧化乙烯与去离子水以1∶4质量比混合，在60℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液。
第二步，溶液配制：
(a)氢氧化钾溶液的配制：将氢氧化钾溶解于去离子水中，将其配置成1mol/L的氢氧化钾溶液。
(b)碘化钠溶液的配置：将碘化钠溶解于去离子水中，配置成0.2mol/L的碘化钠溶液。
第三步，向第一步得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入10ml第二步(a)中配好的氢氧化钾溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第四步，向第三步得到的均质溶液中加入10ml第二步(b)中配好的碘化钠水溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第五步，将第四步得到的均质电解液转移至20℃环境下除去多余水分至形成白色均质的凝胶电解质，冷却至室温密封保存以待用。
通过上述方法，得到的凝胶电解质室温最大电导率超过9mS/cm。
实施例3：
第一步，聚合物凝胶基体的制备：先将聚丙烯酸钠与去离子水以2∶5质量比混合，在1℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液。
第二步，溶液配制：
(a)氢氧化钠溶液的配制：将氢氧化钠溶解于去离子水中，将其配置成2mol/L的氢氧化钠溶液。
(b)碘化钠溶液的配置：将碘化钠溶解于去离子水中，配置成0.4mol/L的碘化钠溶液。
第三步，向第一步得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入10ml第二步(a)中配好的氢氧化钠溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第四步，向第三步得到的均质溶液中加入10ml第二步(b)中配好的碘化钠水溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第五步，将第四步得到的均质电解液转移至30℃环境下除去多余水分至形成白色均质的凝胶电解质，冷却至室温密封保存以待用。
通过上述方法，得到的凝胶电解质室温最大电导率超过10mS/cm。
实施例4：
第一步，聚合物凝胶基体的制备：先将聚乙二醇与去离子水5∶9质量比混合，在80℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液。
第二步，溶液配制：
(a)氢氧化钾溶液的配制：将氢氧化钾溶解于去离子水中，将其配置成4mol/L的氢氧化钾溶液。
(b)碘化铵溶液的配置：将碘化铵溶解于去离子水中，配置成0.6mol/L的溶液。
第三步，向第一步得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入10ml第二步(a)中配好的氢氧化钾溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第四步，向第三步得到的均质溶液中加入10ml第二步(b)中配好的碘化铵水溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第五步，将第四步得到的均质电解液转移至60℃环境下除去多余水分至形成白色均质的凝胶电解质，冷却至室温密封保存以待用。
通过上述方法，得到的凝胶电解质室温最大电导率超过13mS/cm。
实施例5：
第一步，聚合物凝胶基体的制备：先将聚乙烯醇与去离子水1∶5质量比混合，在90℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液。
第二步，溶液配制：
(a)氢氧化锂溶液的配制：将氢氧化锂溶解于去离子水中，将其配置成5mol/L的氢氧化锂溶液。
(b)碘化锂溶液的配置：将碘化锂溶解于去离子水中，配置成0.8mol/L的溶液。
第三步，向第一步得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入5ml第二步(a)中配好的氢氧化锂溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第四步，向第三步得到的均质溶液中加入5ml第二步(b)中配好的碘化锂水溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态。
第五步，将第四步得到的均质电解液转移至90℃环境下除去多余水分至形成白色均质的凝胶电解质，冷却至室温密封保存以待用。
通过上述方法，得到的凝胶电解质室温最大电导率超过13.5mS/cm。
Claims (2)
1.碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：先将聚合物凝胶基体溶于水中，加入适量的强碱，然后再加入适当的碘化物制成电解液复合物，除去此电解液复合物中多余水分便得到碘化物掺杂聚合物凝胶电解质；
其中：
上述聚合物凝胶基体采用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚丙烯酸盐中的一种或多种；
上述强碱采用氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂中的一种或多种；
上述碘化物采用碘化钾、碘化钠、碘化锂和碘化铵中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的碘化物掺杂聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：通过下列步骤实现：
第一步，原料的制备：
(a)聚合物凝胶基体溶液的制备：将聚合物凝胶基体与水以10-20:50-90的质量比混合，1～90℃下搅拌至完全溶解，得到均质的聚合物凝胶基体溶液；
(b)强碱溶液的制备：将强碱溶解于蒸馏水中，将其配置成0.5-5mol/L的强碱溶液;
(c)碘化物水溶液的制备：将碘化物溶解于水中，配置成0.1-0.8mol/L的碘化物水溶液；
第二步，往第一步(a)得到的均质的聚合物凝胶基体溶液中加入5-15ml的第一步(b)配好的强碱溶液，继续搅拌，保持溶液呈均质状态；
第三步，向第二步得到的均质溶液中加入第一步(c)配好的碘化物水溶液5-15ml，继续搅拌，得到均质电解液；
第四步，将第三步得到的均质电解液转移至1～90℃环境下，除去此均质电解液中的多余水分便得到碘化物掺杂聚合物凝胶电解质。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131030 |