CN108586664A - 一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器 - Google Patents
一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108586664A CN108586664A CN201810373004.2A CN201810373004A CN108586664A CN 108586664 A CN108586664 A CN 108586664A CN 201810373004 A CN201810373004 A CN 201810373004A CN 108586664 A CN108586664 A CN 108586664A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogel
- stretchable
- ultracapacitor
- electrolyte
- further preferably
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 37
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims abstract description 33
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 22
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N Acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical group [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 25
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 25
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 claims description 21
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical group CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 12
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical class O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 9
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 4
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 229910017435 S2 In Inorganic materials 0.000 claims 3
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 abstract description 2
- YMMGRPLNZPTZBS-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[2,3-b][1,4]dioxine Chemical class O1CCOC2=C1C=CS2 YMMGRPLNZPTZBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 29
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 15
- 239000011837 N,N-methylenebisacrylamide Substances 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N n,n'-methylenebisacrylamide Chemical compound C=CC(=O)NCNC(=O)C=C ZIUHHBKFKCYYJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- -1 N, N- methylene bisacrylamides Amide Chemical class 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 125000003647 acryloyl group Chemical group O=C([*])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000001820 oxy group Chemical group [*:1]O[*:2] 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F251/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polysaccharides or derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
- C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
- C08J3/075—Macromolecular gels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/56—Solid electrolytes, e.g. gels; Additives therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2351/00—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers
- C08J2351/02—Characterised by the use of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers grafted on to polysaccharides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明属于超级电容器制备领域，并具体公开了一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器，该可拉伸超级电容器以具有高度拉伸性的海藻酸钠/聚丙烯酰胺/碳纳米管/聚(3,4‑亚乙二氧基噻吩)‑聚苯乙烯磺酸复合水凝胶为电极材料，以具有高度拉伸性的海藻酸钠/聚丙烯酰胺/硫酸钠/氧化还原电对复合水凝胶为电解质，以传统的三明治结构组装而成。本发明提供的电极材料与电解质都是基于可拉伸的水凝胶材料，电极材料与电解质之间具有强粘附性，能够摆脱现有组装技术需借助可拉伸基底的束缚，该全水凝胶可拉伸超级电容器适用于超级电容器传统应用领域及可穿戴电子设备、可拉伸电子设备、电子皮肤、便携式集成器件等高端的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器制备领域，更具体地，涉及一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器。
背景技术
目前，随着科技发展的不断进步，电子设备的可穿戴、便携式、集成化和智能化是一种必然的发展趋势。这些器件不但要具备良好的柔性，还需要具备一定的可拉伸性才能满足更高的生产生活的需要。因此，近年来，可拉伸电子器件发展十分迅速，具有良好的应用前景。超级电容器作为一种重要的储能器件，被广泛应用于便携式电子设备。
近年来，已报导的可拉伸超级电容器通常需要借助一个可拉伸的弹性聚合物膜为基底(例如PDMS)，比较成熟的制备方法主要分为两种。一种是将活性材料沉积到弹性基底，并结合传统的固态电解质，由于电极材料不能抵抗大幅度的拉伸应变，因此这类器件能够实现良好的柔性以及一定的可拉伸性。另一种是先把弹性聚合物基底进行预拉伸，再将膜状的活性材料如碳纳米管等粘附在处于预拉伸的弹性基底上，撤去拉力后活性材料会随着弹性基底的收缩而形成褶皱状，这类器件可实现良好的拉伸性。例如，CN201510165881.7将海绵状石墨烯/镍颗粒复合物粘附到预拉伸的基底上，撤去拉力后可得到弹性基底/电极材料复合材料，结合固体电解质，可制得可拉伸超级电容器。
上述方法在制备可拉伸超级电容器方面提供了一些借鉴性的思路，然而，这些方法也存在一些弊端，例如在拉伸过程中电极材料和弹性基底的拉伸性并不匹配，拉伸过程中活性材料并不能理想连续的分布，基底对超级电容器的电化学储能并没有任何贡献，预拉伸的方式需要施加预应力，并不适合大规模的实际生产等。因此，开发更理想的可拉伸电极材料，更好的拉伸性的器件结构的超级电容器成为该领域的迫切需要。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及产品，其中采用可拉伸的水凝胶作为电极材料与电解质材料，无需借助可拉伸基底，相应在构建全水凝胶超级电容器组成体系的同时，还可获得具备高度拉伸性的、优良电化学特性、安全稳定的电化学储能器件；此外，本发明还对整个制备过程的工艺路线及其关键参数进行了进一步的针对性研究和设计，由此可获得超高拉伸性的电极与电解质材料，由其组装的器件具备能量密度高、循环稳定性好等优点，因而尤其适用于大批量规模化工业应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其包括下列步骤：
S1称取碳纳米管浆料并稀释，获得稀释的碳纳米管浆料；
S2将丙烯酰胺溶于步骤S1获得的浆料中，并搅拌均匀，然后缓慢加入海藻酸钠，并搅拌均匀以形成均一的混合溶液；将所述混合溶液与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸按比例混合并搅拌，随后依次加入交联剂、催化剂以及引发剂，混合均匀后将混合液转移至干净的培养皿中，并静置，然后将培养皿密封并置于干燥箱中加热，使聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸完成聚合，得到水凝胶一；
S3将丙烯酰胺溶于去离子水中，并加入海藻酸钠，搅拌均匀，随后依次加入交联剂、催化剂以及引发剂，混合均匀后将混合液转移至干净的培养皿中，并静置，然后将凝胶浸泡于含有Na2SO4和K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中，得到水凝胶二；
S4以步骤S2获得的水凝胶一作为电极材料制备电极薄片，同时以步骤S3获得的水凝胶二作为电解质材料制备电解质薄片，在电解质薄片的正反两面粘贴电极薄片，以此获得全水凝胶可拉伸超级电容器。
作为进一步优选的，步骤S1中稀释的碳纳米管浆料的质量分数1％～4％，进一步优选为2％。
作为进一步优选的，在步骤S2与步骤S3中，所述丙烯酰胺的质量分数15％～20％，进一步优选为17％；所述海藻酸钠的质量分数1％～3％，进一步优选为2％。
作为进一步优选的，在步骤S2中，混合溶液与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸的体积比为1:2～2:1，进一步优选为1:1。
作为进一步优选的，在步骤S2与步骤S3中，所述交联剂优选为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂优选为四甲基乙二胺，引发剂优选为过硫酸铵。
作为进一步优选的，在步骤S2与步骤S3中，所述交联剂的质量分数0.005％～0.02％，进一步优选为0.01％；所述催化剂的质量分数0.08％～0.1％，进一步优选为0.09％；所述引发剂的质量分数0.05％～0.2％，进一步优选为0.1％。
作为进一步优选的，在步骤S2中，对于所述干燥箱的加热而言，其温度70℃～100℃，进一步优选为80℃，加热时间为8h～12h。
作为进一步优选的，在步骤S2中，Na2SO4的摩尔浓度0.5mol/L～2mol/L，进一步优选为1mol/L；K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的摩尔浓度0.05mol/L～0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L，浸泡时间为10h～14h。
作为进一步优选的，在步骤S4中，薄片优选为长方形薄片，其面积1cm2～3cm2，进一步优选为2cm2，厚度为300～700μm，进一步优选为500μm；在步骤S2～步骤S3中，搅拌时间优选设定为6h～10h，搅拌速度优选设定为200～500r/min，在步骤S2～步骤S3中，聚合反应的时间为8h～12h。
按照本发明的另一方面，提供了一种采用所述方法制备的全水凝胶可拉伸超级电容器，其包括可拉伸水凝胶电解质以及对称设置在该可拉伸水凝胶电解质正反两面的可拉伸水凝胶电极，该可拉伸超级电容器以水凝胶作为力学支撑，碳纳米管作为导电网络，以聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸作为电极中的活性材料，以含有氧化还原电对K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水凝胶作为电解质，其中水凝胶电解质由水凝胶浸泡在含有氧化还原电对的硫酸钠水溶液中而获得，硫酸钠作为电解质，氧化还原电对提供赝电容效应增加电容。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1、本发明中通过以含有PEDOT/PSS的可拉伸的水凝胶作为电极材料、以含有氧化还原电对的可拉伸的水凝胶作为电解质，在构建全水凝胶可拉伸超级电容器组成体系的同时，不仅可以获得电极材料/电解质材料的单一组分，还可获得全水凝胶可拉伸超级电容器储能器件；而且所获得的电容器与传统超级电容器或其他类型可拉伸超级电容器相比无需借助可拉伸基底，实现全水凝胶化，具备电化学特性优异、稳定性好、低成本和便于制备等优点，此外还可实现超级电容器的可拉伸性、可穿戴、便携式的特点；
2、较多的实际测试表明，本发明所制得的超级电容器的水凝胶电极材料具有良好的拉伸性，拉伸率可达1000％以上，在目前所报导的相关材料中，其拉伸率已达到较高的值；该全水凝胶可拉伸超级电容器不仅具有超高的面积比电容(15062mF/cm2以上)，宽的电压窗口、低的等效串联电阻和良好的充放电循环稳定性，而且其面电容值和能量密度远远超过目前已报导的可拉伸全固态超级电容器或柔性全固态超级电容器；
3、本发明以丙烯酰胺和海藻酸钠为基础材料，通过简单的聚合法能形成三维双网络水凝胶，往该水凝胶中添加不同的活性材料，既能得到电极材料，又能得到电解质材料，且电极材料和电解质材料均具有粘性，无需额外的粘结剂和隔膜，成本低；此外，在整个工艺流程中，制备简单，不使用污染环境的试剂，对环境友好，因此该发明技术格外适用于商业化的大规模生产，具有极好的商业应用前景；
4、按照本发明的全水凝胶可拉伸超级电容器由于其良好的可拉伸性和可压缩性，可折叠等特性，因此除了传统的应用领域，还适用于可穿戴电子设备、可拉伸电子设备、电子皮肤、便携式集成器件等对柔韧性要求高的前沿应用领域。
附图说明
图1为按照本发明所构建的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的设计原理示意图；
图2a和b为可拉伸水凝胶电极及其拉伸性展示光学图；
图3a和b为可拉伸水凝胶电解质及其拉伸性展示光学图；
图4a-f为全水凝胶可拉伸超级电容器在不同拉伸状态下的展示光学图；
图5a和5b为全水凝胶可拉伸超级电容器在非拉伸状态下的循环伏安测试结果图；
图6a和6b为全水凝胶可拉伸超级电容器在非拉伸状态下的充放电测试结果图；
图7为全水凝胶可拉伸超级电容器的倍率性能示意图；
图8为全水凝胶可拉伸超级电容器的交流阻抗测试示意图；
图9为全水凝胶可拉伸超级电容器的循环寿命分析示意图；
图10a和10b为全水凝胶可拉伸超级电容器在不同拉伸率下的循环伏安测试以及电容增长率示意图；
图11a和11b为全水凝胶可拉伸超级电容器在不同拉伸率下的充放电测试以及电容增长率示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明所构建的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的设计原理示意图，该可拉伸超级电容器全部由水凝胶材料组装而成。如图1中所示，该制备过程主要包括下列流程步骤：
S1首先，对碳纳米管(CNT)的稀释
称取CNT水系浆料，加入去离子水，先搅拌，再超声即可。
在该步骤中，可将购买到的质量分数为5％的CNT水系浆料加入去离子水，先搅拌，再超声即可。具体来说，搅拌时间优选设定为6h～10h，搅拌速度优选设定为200～500r/min，直至将混合液搅拌为均一的墨水状溶液；然后将其超声60min～120min，进一步优选为90min，获得CNT水系分散相稀释溶液，该稀释溶液的质量分数(即碳纳米管(CNT)的质量分数)为1％～4％，进一步优选为2％。
S2接着，可拉伸水凝胶电极材料的制备
作为本发明的关键改进之一，在此步骤中所获得的主要产物之一——可拉伸水凝胶电极材料实现了最终组装的全水凝胶可拉伸超级电容器这一设计理念。具体的，将丙烯酰胺(AM)溶于步骤S1获得的CNT的水系分散相中，搅拌均匀；再称取海藻酸钠(SA)，缓慢加入该混合液中，在室温下搅拌，形成均一的CNT/AM/SA的混合液；量取该CNT/AM/SA的混合液，量取聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)，将两种溶液混合，室温下搅拌，随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合8h～12h，然后将培养皿密封好随后置于干燥箱中加热，使PEDOT/PSS完成聚合，得到SA/PAM/CNT/PEDOT/PSS水凝胶，即可拉伸水凝胶电极材料，其中PAM由单体的AM聚合获得，即单体AM聚合完成后获得聚合物PAM。
具体来说，CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数15％～20％，进一步优选为17％，海藻酸钠的质量分数为1％～3％，进一步优选为2％，即CNT/AM/SA混合液中CNT、AM、SA三者的质量比为17：2：2。对于所述CNT/AM/SA混合液相对于PEDOT/PSS的量而言，两者的体积比1:2～2:1，进一步优选为1:1。
在CNT/AM/SA与PEDOT/PSS混合液中加入的交联剂的质量分数0.005％～0.02％，进一步优选为0.01％；加入的催化剂的质量分数0.08％～0.1％，进一步优选为0.09％；加入的引发剂的质量分数为0.05％～0.2％，进一步优选为0.1％。即转移至干净的培养皿中的混合液中具有CNT/AM/SA、PEDOT/PSS、交联剂、催化剂和引发剂，该混合液中含有质量分数0.005％～0.02％的交联剂、质量分数0.08％～0.1％的催化剂、质量分数0.05％～0.2％的引发剂
对于所述干燥箱的加热而言，其温度为70℃～100℃，进一步优选为80℃，加热时间为8h～12h。
S3接着，可拉伸水凝胶电解质材料的制备
采用同样的制备方法，并且该步骤可获得本发明的另一主要产物——可拉伸水凝胶电解质。具体来说，将丙烯酰胺溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌，其中丙烯酰胺质量分数为17％的海藻酸钠，质量分数为2％；随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺及引发剂过硫酸铵，混合均匀获得混合液，混合液中交联剂的质量分数为0.01％，催化剂的质量分数为0.09％，引发剂的质量分数为0.1％；将混合液转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应8h～12h，然后将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4和K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中，该水溶液避光，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶，即可拉伸水凝胶电解质材料，其中Na2SO4和K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的体积摩尔比为10:1。
具体来说，含有Na2SO4和K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中，Na2SO4的摩尔浓度为0.5mol/L～2mol/L，进一步优选为1mol/L；K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的摩尔浓度0.05mol/L～0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L，而凝胶浸泡时间为10h～14h。在步骤S2～步骤3中，搅拌时间优选为6h～10h，搅拌速度优选为200～500r/min。
S4最后，全水凝胶可拉伸超级电容器的组装
在此步骤，将步骤S2所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及步骤S3所获得的可拉伸水凝胶电解质材料，用称量纸吸取表面多余的水分，均裁剪成规整的长方形薄片，备用；将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力，稳固器件结构，由此获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
具体的，对于切好的长方形薄片的大小而言，其面积为1cm2～3cm2，进一步优选为2cm2，厚度为300～700μm，进一步优选为500μm。对于压机的压力而言，压力为1～5MPa，保压时间为3～5分钟。
本发明还提供了一种全水凝胶可拉伸超级电容器，包括可拉伸水凝胶电解质以及对称设置在该可拉伸水凝胶电解质正反两面的可拉伸水凝胶电极，该可拉伸超级电容器以具有高度拉伸性的海藻酸钠/聚丙烯酰胺/碳纳米管/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸复合水凝胶为电极材料，以具有高度拉伸性的海藻酸钠/聚丙烯酰胺/硫酸钠/氧化还原电对复合水凝胶为电解质，以传统的三明治结构组装而成，该可拉伸超级电容器以水凝胶作为力学支撑，碳纳米管作为导电网络，以聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸作为电极中的活性材料，以含有氧化还原电对(即K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6])的水凝胶作为电解质，其中水凝胶电解质由水凝胶浸泡在含有氧化还原电对的硫酸钠水溶液中而获得，硫酸钠作为电解质，氧化还原电对提供赝电容效应增加电容。
下面将结合具体实施例来进一步解释本发明的全水凝胶可拉伸超级电容器的制备方法。
实施例1
称取丙烯酰胺，将丙烯酰胺溶于稀释好的质量分数为2％的CNT的水系分散相中，搅拌均匀，再称取海藻酸钠，缓慢加入混合液中，在室温下搅拌8h，直至形成均一的CNT/AM/SA混合液，均一的CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数为17％的，海藻酸钠的质量分数为2％；按体积比为1:1将CNT/AM/SA混合液与PEDOT/PSS(型号为PH1000)混合，室温下搅拌2h，随后依次加入质量分数为0.01％的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，质量分数为0.09％的催化剂四甲基乙二胺，以及质量分数为0.1％的引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置6h直至聚合反应完全；将装有聚合反应完全的培养皿密封好随后置于80℃的干燥箱中加热12h，使PEDOT/PSS完成聚合；
按同样的质量分数称取丙烯酰胺，溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌；随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应完全；将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4,K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中(避光)，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶；
将上述步骤所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，均裁剪成规整的长方形薄片，将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力1MPa，稳固器件结构，由此可获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
实施例2
称取丙烯酰胺，将丙烯酰胺溶于稀释好的质量分数为2％的CNT的水系分散相中，搅拌均匀，再称取海藻酸钠，缓慢加入该混合液中，在室温下搅拌8h，直至形成均一的CNT/AM/SA混合液，均一的CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数为16％的，海藻酸钠的质量分数为3％；按体积比为1:1将CNT/AM/SA混合液与PEDOT/PSS(型号为PH1000)混合，室温下搅拌3h，随后依次加入质量分数为0.02％的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，质量分数为0.1％的催化剂四甲基乙二胺，以及质量分数为0.1％的引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置6h直至聚合反应完全；将装有聚合反应完全的培养皿密封好随后置于70℃的干燥箱中加热12h，使PEDOT/PSS完成聚合；
按同样的质量分数称取丙烯酰胺，溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌；随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应完全；将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4,K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中(避光)，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶；
将上述步骤所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，均裁剪成规整的长方形薄片，将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力2MPa，稳固器件结构，由此可获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
实施例3
称取丙烯酰胺，将丙烯酰胺溶于稀释好的质量分数为3％的CNT的水系分散相中，搅拌均匀，再称取海藻酸钠，缓慢加入该混合液中，在室温下搅拌10h，直至形成均一的CNT/AM/SA混合液，均一的CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数为17％的，海藻酸钠的质量分数为2％；按体积比为1:1.5将CNT/AM/SA混合液与PEDOT/PSS(型号为PH1000)混合，室温下搅拌4h，随后依次加入质量分数为0.01％的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，质量分数为0.09％的催化剂四甲基乙二胺，以及质量分数为0.2％的引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置8h直至聚合反应完全；将装有聚合反应完全的培养皿密封好随后置于90℃的干燥箱中加热12h，使PEDOT/PSS完成聚合；
按同样的质量分数称取丙烯酰胺，溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌，随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应完全；将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4,K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中(避光)，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶；
将上述步骤所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，均裁剪成规整的长方形薄片，将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力1.5MPa，稳固器件结构，由此可获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
实施例4
称取丙烯酰胺，将丙烯酰胺溶于稀释好的质量分数为3％的CNT的水系分散相中，搅拌均匀；再称取的海藻酸钠，缓慢加入该混合液中，在室温下搅拌8h，直至形成均一的CNT/AM/SA混合液，均一的CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数为15％的，海藻酸钠的质量分数为4％；按体积比为1:2将CNT/AM/SA混合液与PEDOT/PSS(型号为PH1000)混合，室温下搅拌5h，随后依次加入质量分数为0.01％的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，质量分数为0.09％的催化剂四甲基乙二胺，以及质量分数为0.3％的引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置8h直至聚合反应完全；将装有聚合反应完全的培养皿密封好随后置于100℃的干燥箱中加热10h，使PEDOT/PSS完成聚合；
按同样的质量分数称取丙烯酰胺，溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌，随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应完全；将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4,K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中(避光)，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶；
将上述步骤所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，均裁剪成规整的长方形薄片，将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力2MPa，稳固器件结构，由此可获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
实施例5
称取的丙烯酰胺，将丙烯酰胺溶于稀释好的质量分数为1.5％的CNT的水系分散相中，搅拌均匀；再称取的海藻酸钠，缓慢加入该混合液中，在室温下搅拌8h，直至形成均一的CNT/AM/SA混合液，均一的CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数为13％的，海藻酸钠的质量分数为1％；按体积比为1:1将CNT/AM/SA混合液与PEDOT/PSS(型号为PH1000)混合，室温下搅拌6h，随后依次加入质量分数为0.03％的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，质量分数为0.08％的催化剂四甲基乙二胺，以及质量分数为0.3％的引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置8h直至聚合反应完全；将装有聚合反应完全的培养皿密封好随后置于110℃的干燥箱中加热12h，使PEDOT/PSS完成聚合。
按同样的质量分数称取丙烯酰胺，溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌；随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应完全；将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4,K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中(避光)，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶；
将上述步骤所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，均裁剪成规整的长方形薄片，将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力2.5MPa，稳固器件结构，由此可获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
实施例6
称取丙烯酰胺，将丙烯酰胺溶于稀释好的质量分数为1％的CNT的水系分散相中，搅拌均匀；再称取海藻酸钠，缓慢加入该混合液中，在室温下搅拌10h，直至形成均一的CNT/AM/SA混合液，均一的CNT/AM/SA混合液中丙烯酰胺的质量分数为19％的，海藻酸钠的质量分数为3％；按体积比为1:2将该CNT/AM/SA混合液与PEDOT/PSS(型号为PH1000)混合，室温下搅拌8h，随后依次加入质量分数为0.04％的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，质量分数为0.1％的催化剂四甲基乙二胺，以及质量分数为0.4％的引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置12h直至聚合反应完全；将装有聚合反应完全的培养皿密封好随后置于120℃的干燥箱中加热16h，使PEDOT/PSS完成聚合；
按同样的质量分数称取丙烯酰胺，溶于去离子水中，再缓慢加入海藻酸钠，搅拌；随后依次加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂四甲基乙二胺，以及引发剂过硫酸铵，混合均匀，将混合液迅速转移至干净的培养皿中，静置使聚合反应完全；将聚合反应完成的凝胶浸泡于含有Na2SO4,K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中(避光)，得到SA/PAM/Na2SO4/K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]水凝胶；
将上述步骤所获得的可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，均裁剪成规整的长方形薄片，将两片对称的裁剪好的电极材料粘附在电解质材料的正反两面；用压机对其施加压力3MPa，稳固器件结构，由此可获得所述的全水凝胶可拉伸超级电容器。
下面以实施例1所制得的中间产物及最终产物作为样品，对其进行表征和实际测试。
图2a和b为可拉伸水凝胶电极及其拉伸性展示光学图，从图中可以看出，该电极材料具有极佳的拉伸性，拉伸率能达到1000％。图3a和b为可拉伸水凝胶电解质及其拉伸性展示光学图，从图中可以看出，该电解质材料的拉伸性比电极材料更佳，拉伸率能达到1500％。图4a-f为组装的器件以及在不同拉伸状态下的展示。可以看出，该器件即使在拉伸率为1000％的状态下依然能保持稳定的状态。
图5a和5b为全水凝胶可拉伸超级电容器在非拉伸状态下的循环伏安测试结果，从图中可以看出，在不同扫描速率下有一对明显的对称的氧化还原峰，说明该电容器具有明显的赝电容特性，即使在扫描速率为3V/s下，这种氧化还原峰依然非常明显。且在扫描速率为1mV/s下，面积比电容值可高达到11375mF/cm2。图6a和6b为全水凝胶可拉伸超级电容器在非拉伸状态下的充放电测试结果，从图中可以看出，该电容器具有宽的工作电压窗口，且充放电曲线对称性好，在比电流为10mA/cm2下，面积比电容可达到15062mF/cm2，远远高于已经报导的可拉伸超级电容器以及柔性超级电容器。图7为该电容器在不同扫描速率下以及不同电流密度下的倍率性能图，从图中可以看出倍率性能一般，这也是符合赝电容效应的特性。图8为全水凝胶可拉伸超级电容器的交流阻抗测试结果，可以看出，该电容器的内阻值较小，并具有较低的电荷转移电阻。这主要是由于电解质含水量高的缘故，也进一步说明了其优异的电化学性能。图9为全水凝胶可拉伸超级电容器的循环寿命分析图，由图看来，该电容器的循环寿命十分理想，即使在循环一万次后容量保持率仍有70％，这相比于其他具有赝电容特性的电容器来说，这种保持率已属优越，说明该超级电容器具有很好的循环稳定性。图10a和10b为全水凝胶可拉伸超级电容器在不同拉伸状态下的循环伏安测试结果，从图中可以看出，在拉伸状态下，电容略有增加，且拉伸率越高，电容增长的也越多，这主要是在拉伸状态下，电极之间的接触面积越大，电容也随之增加。图11a和11b为全水凝胶可拉伸超级电容器在不同拉伸状态下的充放电测试结果，从图中可以看出，在拉伸状态下，电容有明显增加，这也与循环伏安测试的结果保持一致。
综上，本发明中通过聚合的方法制备可拉伸水凝胶电极材料以及可拉伸水凝胶电解质材料，并组装成全水凝胶可拉伸超级电容器，所获得的电容器与传统超级电容器或其他类型可拉伸超级电容器相比无需借助可拉伸基底，实现全水凝胶化，具备高度可拉伸性、安全稳定、电化学特性优异、稳定性好、低成本和便于制备等优点。本发明提供的电极材料与电解质都是基于可拉伸的水凝胶材料，且电极材料与电解质之间具有强粘附性，能够摆脱现有组装技术需借助可拉伸基底的束缚，简化了制备工艺。该全水凝胶可拉伸超级电容器不但适用于超级电容器传统应用领域，尤其适用于可穿戴电子设备、可拉伸电子设备、电子皮肤、便携式集成器件等高端的应用领域。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1 称取碳纳米管浆料并稀释，获得稀释的碳纳米管浆料；
S2 将丙烯酰胺溶于步骤S1获得的浆料中，并搅拌均匀，然后加入海藻酸钠，并搅拌均匀以形成均一的混合溶液；将所述混合溶液与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸按比例混合并搅拌，随后依次加入交联剂、催化剂以及引发剂，混合均匀后将混合液转移至干净的培养皿中并静置，然后将培养皿密封并置于干燥箱中加热，使聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸完成聚合，得到水凝胶一；
S3 将丙烯酰胺溶于去离子水中，并加入海藻酸钠，搅拌均匀，随后依次加入交联剂、催化剂以及引发剂，混合均匀后将混合液转移至干净的培养皿中并静置获得凝胶，然后将凝胶浸泡于含有Na2SO4和K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水溶液中，得到水凝胶二；
S4 以步骤S2获得的水凝胶一作为电极材料制备电极薄片，同时以步骤S3获得的水凝胶二作为电解质材料制备电解质薄片，在电解质薄片的正反两面粘贴电极薄片，以此获得全水凝胶可拉伸超级电容器。
2.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，步骤S1中稀释的碳纳米管浆料的质量分数1％～4％，进一步优选为2％。
3.如权利要求1或2所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S2与步骤S3中，所述丙烯酰胺的质量分数15％～20％，进一步优选为17％；所述海藻酸钠的质量分数1％～3％，进一步优选为2％。
4.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S2中，混合溶液与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸的体积比为1:2～2:1，进一步优选为1:1。
5.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S2与步骤S3中，所述交联剂优选为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，催化剂优选为四甲基乙二胺，引发剂优选为过硫酸铵。
6.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S2与步骤S3中，所述交联剂的质量分数0.005％～0.02％，进一步优选为0.01％；所述催化剂的质量分数0.08％～0.1％，进一步优选为0.09％；所述引发剂的质量分数0.05％～0.2％，进一步优选为0.1％。
7.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S2中，对于所述干燥箱的加热而言，其温度70℃～100℃，进一步优选为80℃，加热时间为8h～12h。
8.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S2中，Na2SO4的摩尔浓度0.5mol/L～2mol/L，进一步优选为1mol/L；K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的摩尔浓度0.05mol/L～0.2mol/L，进一步优选为0.1mol/L，浸泡时间为10h～14h。
9.如权利要求1所述的制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法，其特征在于，在步骤S4中，薄片优选为长方形薄片，其面积1cm2～3cm2，进一步优选为2cm2，厚度为300μm～700μm，进一步优选为500μm；在步骤S2～步骤S3中，搅拌时间优选设定为6h～10h，搅拌速度优选设定为200～500r/min，在步骤S2～步骤S3中，聚合反应的时间为8h～12h。
10.一种采用如权利要求1-9所述的方法制备的全水凝胶可拉伸超级电容器，其特征在于，包括可拉伸水凝胶电解质以及对称设置在该可拉伸水凝胶电解质正反两面的可拉伸水凝胶电极，该可拉伸超级电容器以水凝胶作为力学支撑，碳纳米管作为导电网络，以聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚苯乙烯磺酸作为电极中的活性材料，以含有氧化还原电对K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]的水凝胶作为电解质，其中水凝胶电解质由水凝胶浸泡在含有氧化还原电对的硫酸钠水溶液中而获得，硫酸钠作为电解质，氧化还原电对提供赝电容效应增加电容。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810373004.2A CN108586664B (zh) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810373004.2A CN108586664B (zh) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108586664A true CN108586664A (zh) | 2018-09-28 |
| CN108586664B CN108586664B (zh) | 2019-11-12 |
Family
ID=63614921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810373004.2A Active CN108586664B (zh) | 2018-04-24 | 2018-04-24 | 一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108586664B (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109490284A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-03-19 | 青岛大学 | 一种基于金纳米颗粒和二碳化钛MXenes的双重催化鲁米诺电化学发光生物传感器 |
| CN110265227A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种自修复微型超级电容器及其制备方法 |
| CN110660992A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-01-07 | 中山大学 | 一种水系锌离子电池正极材料 |
| CN111261425A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-06-09 | 齐鲁工业大学 | 抗冻水凝胶固态电解质及制备方法、在超级电容器中的应用 |
| CN111370782A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-03 | 湖南源达新材料有限公司 | 一种长寿命锌镍电池及其制备方法 |
| CN111564316A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-08-21 | 东华大学 | 一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备 |
| CN111718497A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-29 | 东南大学 | 一种pamps/phema/pedot水凝胶聚电解质及其制备方法与应用 |
| CN111777055A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-16 | 盐城工学院 | 一种杂原子掺杂多孔碳电极材料的制备方法 |
| CN112103088A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | 重庆九环新越新能源科技发展有限公司 | 基于复合材料电极的固态电容电芯、叠层电容电芯及复合动力电容电芯 |
| US10872736B2 (en) * | 2018-05-29 | 2020-12-22 | City University Of Hong Kong | Robust electrical component and an electrolyte for use in an electrical component |
| CN113248734A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-13 | 福州大学 | 一种功能化双网络水凝胶及其应用 |
| CN113337059A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-03 | 南京邮电大学 | 一种可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶、制备方法及其应用 |
| CN113461972A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-01 | 暨南大学 | 一种取向结构的碳空心管/pedot:pss水凝胶的制备方法及应用 |
| CN114429867A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-05-03 | 南京邮电大学 | 一种全凝胶柔性超级电容器的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102311605A (zh) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | 中国科学院物理研究所 | 一种聚合物凝胶电解质及其制备方法 |
| CN103396562A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-11-20 | 西安交通大学 | 一种基于海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法 |
| CN104497229A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-04-08 | 华东理工大学 | 一种可拉伸柔性超级电容器及其制备方法 |
| CN105175970A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-12-23 | 西安交通大学 | 高强度抗撕裂磁性水凝胶的制备及应用 |
| KR20180014135A (ko) * | 2018-01-26 | 2018-02-07 | 가천대학교 산학협력단 | 유연 마이크로 수퍼커패시터 및 그 제조 방법 |
| CN107698914A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-02-16 | 山东科技大学 | 一种柔性记忆高分子导电复合水凝胶的制备方法 |
-
2018
- 2018-04-24 CN CN201810373004.2A patent/CN108586664B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102311605A (zh) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | 中国科学院物理研究所 | 一种聚合物凝胶电解质及其制备方法 |
| CN103396562A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-11-20 | 西安交通大学 | 一种基于海藻酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法 |
| CN104497229A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-04-08 | 华东理工大学 | 一种可拉伸柔性超级电容器及其制备方法 |
| CN105175970A (zh) * | 2015-08-10 | 2015-12-23 | 西安交通大学 | 高强度抗撕裂磁性水凝胶的制备及应用 |
| CN107698914A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-02-16 | 山东科技大学 | 一种柔性记忆高分子导电复合水凝胶的制备方法 |
| KR20180014135A (ko) * | 2018-01-26 | 2018-02-07 | 가천대학교 산학협력단 | 유연 마이크로 수퍼커패시터 및 그 제조 방법 |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10872736B2 (en) * | 2018-05-29 | 2020-12-22 | City University Of Hong Kong | Robust electrical component and an electrolyte for use in an electrical component |
| CN109490284A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-03-19 | 青岛大学 | 一种基于金纳米颗粒和二碳化钛MXenes的双重催化鲁米诺电化学发光生物传感器 |
| CN109490284B (zh) * | 2018-12-03 | 2020-06-19 | 青岛大学 | 一种基于金纳米颗粒和二碳化钛MXenes的双重催化鲁米诺电化学发光生物传感器 |
| CN110265227A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种自修复微型超级电容器及其制备方法 |
| CN110265227B (zh) * | 2019-06-17 | 2021-07-06 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种自修复微型超级电容器及其制备方法 |
| CN112103088A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | 重庆九环新越新能源科技发展有限公司 | 基于复合材料电极的固态电容电芯、叠层电容电芯及复合动力电容电芯 |
| CN110660992A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-01-07 | 中山大学 | 一种水系锌离子电池正极材料 |
| CN111261425B (zh) * | 2020-02-07 | 2022-02-08 | 齐鲁工业大学 | 抗冻水凝胶固态电解质及制备方法、在超级电容器中的应用 |
| CN111261425A (zh) * | 2020-02-07 | 2020-06-09 | 齐鲁工业大学 | 抗冻水凝胶固态电解质及制备方法、在超级电容器中的应用 |
| CN111370782A (zh) * | 2020-03-20 | 2020-07-03 | 湖南源达新材料有限公司 | 一种长寿命锌镍电池及其制备方法 |
| CN111370782B (zh) * | 2020-03-20 | 2023-09-19 | 湖南源达新材料有限公司 | 一种用于锌镍电池的聚合物电解质、锌镍电池及其制备方法 |
| CN111564316A (zh) * | 2020-04-13 | 2020-08-21 | 东华大学 | 一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备 |
| CN111564316B (zh) * | 2020-04-13 | 2022-03-04 | 东华大学 | 一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备 |
| CN111718497B (zh) * | 2020-05-29 | 2022-09-09 | 东南大学 | 一种pamps/phema/pedot水凝胶聚电解质及其制备方法与应用 |
| CN111718497A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-29 | 东南大学 | 一种pamps/phema/pedot水凝胶聚电解质及其制备方法与应用 |
| CN111777055A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-16 | 盐城工学院 | 一种杂原子掺杂多孔碳电极材料的制备方法 |
| CN111777055B (zh) * | 2020-07-09 | 2023-06-27 | 盐城工学院 | 一种杂原子掺杂多孔碳电极材料的制备方法 |
| CN113248734A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-13 | 福州大学 | 一种功能化双网络水凝胶及其应用 |
| CN113337059A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-09-03 | 南京邮电大学 | 一种可拉伸自愈合导电聚合物水凝胶、制备方法及其应用 |
| CN113461972A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-10-01 | 暨南大学 | 一种取向结构的碳空心管/pedot:pss水凝胶的制备方法及应用 |
| CN113461972B (zh) * | 2021-06-29 | 2022-06-17 | 暨南大学 | 一种取向结构的碳空心管/pedot:pss水凝胶的制备方法及应用 |
| CN114429867B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-06-23 | 南京邮电大学 | 一种全凝胶柔性超级电容器的制备方法 |
| CN114429867A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-05-03 | 南京邮电大学 | 一种全凝胶柔性超级电容器的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108586664B (zh) | 2019-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108586664B (zh) | 一种制备全水凝胶可拉伸超级电容器的方法及该电容器 | |
| CN107591252B (zh) | 一种柔性可裁剪固态超级电容器及其制备方法 | |
| CN105175761B (zh) | 一种细菌纤维素/聚苯胺/石墨烯膜材料的制备方法及其应用 | |
| CN105161316B (zh) | 一种柔性超级电容器及其制备方法 | |
| CN107578927B (zh) | 一种聚苯胺基mof纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法 | |
| Das et al. | Influence of dipping cycle on SILAR synthesized NiO thin film for improved electrochemical performance | |
| CN105355450B (zh) | 一种氮掺杂碳纤维/氮掺杂石墨烯/细菌纤维素膜材料的制备方法及其应用 | |
| CN108364797B (zh) | 一种碳纳米管织物电极及纱线电极的制备方法及电极的应用 | |
| Zhao et al. | Facile fabrication of ultrathin hybrid membrane for highly flexible supercapacitors via in-situ phase separation of polyethersulfone | |
| CN106981374B (zh) | 功能化氧化石墨烯修饰聚合物凝胶电解质及其制备方法和应用 | |
| CN104538202A (zh) | 一种双向可拉伸的超级电容器及其制备方法 | |
| CN105111507A (zh) | 一种细菌纤维素/聚苯胺/碳纳米管导电膜材料的制备方法及其应用 | |
| CN105140042B (zh) | 一种细菌纤维素/活性碳纤维/碳纳米管膜材料的制备方法及其应用 | |
| Yuan et al. | Flexible electrochemical capacitors based on polypyrrole/carbon fibers via chemical polymerization of pyrrole vapor | |
| CN105428080A (zh) | 一种细菌纤维素基聚吡咯/石墨烯柔性电极材料的制备方法及其应用 | |
| Wu et al. | A high performance flexible recyclable supercapacitor with polyaniline by casting in unconventional proportion | |
| CN110148533A (zh) | 一种导电水凝胶的制备方法及超级电容器 | |
| CN109904010A (zh) | 一种耐高低温的凝胶电解质超级电容器及其制备方法 | |
| CN105609326A (zh) | 一种聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的制备方法及其应用 | |
| CN106348283B (zh) | 一种石墨烯薄膜及制备全固态储能变色器件的应用 | |
| CN110299251A (zh) | 导电聚苯胺水凝胶的制备方法与可拉伸超级电容器 | |
| CN109755035A (zh) | 一种仿贝壳层状高强度石墨烯复合电极材料的制备方法 | |
| CN107275121A (zh) | 一种具有自愈合的超级电容器及其制备方法 | |
| Wang et al. | Zwitterionic ionogels with water-mediated stiffness transition for shape memory and moisture electric generation | |
| CN105118687B (zh) | 花簇型导电聚噻吩柔性电极及基于此柔性电极的超级电容器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |