CN109192544B - 一种凝胶聚合物电解质的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种凝胶聚合物电解质的制备方法，是先将聚合物基体溶于水中，加入卤化物离子液体和碳纳米管的分散液，然后加入硫酸锂溶液，最后除去多余水分，便制备得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质。本发明一种凝胶聚合物电解质的制备方法，制备方法简单，制备得到的凝胶聚合物电解质能够有效减少超级电容器自放电现象的发生。本发明还公开了制备得到的凝胶聚合物电解质在超级电容器，尤其是活性电解质增强超级电容器中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及的是一种凝胶聚合物电解质的制备方法，制备得到的凝胶聚合物电解质适用于超级电容器，尤其是活性电解质增强超级电容器中。
背景技术
超级电容器由电极、电解质、集流体和隔膜构成，是一种新型的电化学储能器件，其具有自身的优点，比如功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等，因而成为当前研究热点之一。但与锂离子电池相比，超级电容器的能量密度较低。
为了提高超级电容器的能量密度，扩大其应用范围，一种高效易行的方法是在电解质中加入氧化还原活性物质，产生额外的赝电容，采用这种方法得到的电容器被称为活性电解质增强超级电容器。卤素离子(溴和碘离子)具有良好的氧化还原活性，是目前常用的氧化还原活性物质。当电容器充电时，卤素离子吸附在正极，并被氧化，充电后，在正、负极间会形成高的卤素离子氧化态的浓度梯度，导致卤素离子氧化态扩散到负极被还原，从而产生自放电。当此类超级电容器与充电电路断开后，由于自放电的存在，其开路电压会逐渐减小，使得其能量储存只能维持数小时甚至更短时间，因此如何改善电容器的自放电现象是目前我们迫切需要解决的一个关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种凝胶聚合物电解质的制备方法，制备方法简单，制备得到的凝胶聚合物电解质能够有效减少超级电容器自放电现象的发生。
本发明的目的还在于提供制备得到的凝胶聚合物电解质在超级电容器尤其是活性电解质增强超级电容器中的应用。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种凝胶聚合物电解质的制备方法，是先将聚合物基体溶于水中，加入卤化物离子液体和碳纳米管的分散液，然后加入硫酸锂溶液，最后除去多余水分，便制备得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质。
所述聚合物基体选用聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚丙烯酸盐中的一种或多种。
所述卤化物离子液体选用碘化物离子液体和溴化物离子液体中的一种或两种。
一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将聚合物基体与水以1～5:10～20的质量比混合，于 80～90℃下搅拌至完全溶解，得到混合均匀的聚合物凝胶基体溶液；
步骤2、在10～30mL步骤1中得到的聚合物凝胶基体溶液中加入 5～15mL卤化物离子液体和碳纳米管的分散液，超声分散，得到均质分散液；
步骤3、在步骤2中得到的均质分散液中加入5～15mL硫酸锂溶液，进行搅拌，得到均质电解液；
步骤4、将步骤3中得到的均质电解液于80～90℃下除去多余的水分，得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质。
步骤2中，所述卤化物离子液体和碳纳米管的分散液的制备方法是将卤化物离子液体和碳纳米管依次加入到水中，进行超声分散，其中卤化物离子液体的浓度为1～10mol/L，碳纳米管的浓度为 0.1～1mg/mL。
步骤3中，所述硫酸锂溶液的制备方法是将硫酸锂溶解于水中，配置成浓度为0.5～5mol/L的所述硫酸锂溶液。
上述凝胶聚合物电解质和活性炭电极组装用于超级电容器的制备，形成活性电解质增强超级电容器。
采用上述技术方案后，本发明一种凝胶聚合物电解质的制备方法，具有以下有益效果：
(1)制备方法简单，成本低，重复性好；
(2)制备得到的凝胶聚合物电解质具有宽的电势范围，有利于具有高还原电势的卤素离子发生氧化还原反应；
(3)采用此制备方法，碳纳米管可均匀地分布在凝胶聚合物电解质中；
(4)加入碳纳米管后，一方面加快了电解质中离子的传导，提高了电解质的离子电导率以及电容器的电化学性能；另一方面碳纳米管可吸附卤素离子的氧化态，防止其扩散，有效减少超级电容器自放电现象的发生。
附图说明
图1为实施例一中超级电容器的自放电曲线。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一
一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、原料的制备：
(a)将聚乙烯醇基体与水以1:10的质量比混合，于80℃下搅拌至完全溶解，得到混合均匀的聚乙烯醇凝胶基体溶液；
(b)将离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑和碳纳米管加入到水中，进行超声分散，得到离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑和碳纳米管的分散液，其中离子液体的浓度为5mol/L，碳纳米管的浓度为 0.5mg/mL；
(c)将硫酸锂溶解于水中，配置成浓度为1mol/L的硫酸锂溶液；
步骤2、在10mL步骤1(a)中得到的聚乙烯醇凝胶基体溶液中加入10mL步骤1(b)中得到的离子液体溴化1-丁基-3-甲基咪唑和碳纳米管的分散液，超声分散，得到均质分散液；
步骤3、在步骤2中得到的均质分散液中加入15mL步骤1(c) 中得到的硫酸锂溶液，进行搅拌，得到均质电解液；
步骤4、将步骤3中得到的均质电解液于90℃下除去多余的水分，得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质。
应用：将通过上述制备方法得到的凝胶聚合物电解质与活性炭电极组装成活性电解质增强超级电容器(图1中记为A)，进行自放电测试，并与未加入碳纳米管的凝胶聚合物电解质组装的超级电容器进行对比(图1中记为B)，从图1中可以看出，5小时内，电解质中未加入碳纳米管时，电压从1.8V下降到0.62V，而在电解质中加入碳纳米管后，电压从1.8V下降到1.18V，自放电现象得到明显改善。
实施例二
一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、原料的制备：
(a)将聚乙二醇基体与水以1:5的质量比混合，于90℃下搅拌至完全溶解，得到混合均匀的聚乙二醇凝胶基体溶液；
(b)将离子液体碘化1,3-二甲基咪唑和碳纳米管加入到水中，进行超声分散，得到离子液体碘化1,3-二甲基咪唑和碳纳米管的分散液，其中离子液体的浓度为1mol/L，碳纳米管的浓度为0.1mg/mL；
(c)将硫酸锂溶解于水中，配置成浓度为0.5mol/L的硫酸锂溶液；
步骤2、在30mL步骤1(a)中得到的聚乙二醇凝胶基体溶液中加入15mL步骤1(b)中得到的离子液体碘化1,3-二甲基咪唑和碳纳米管的分散液，超声分散，得到均质分散液；
步骤3、在步骤2中得到的均质分散液中加入5mL步骤1(c) 中得到的硫酸锂溶液，进行搅拌，得到均质电解液；
步骤4、将步骤3中得到的均质电解液于80℃下除去多余的水分，得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质。
应用：将通过上述制备方法得到的凝胶聚合物电解质与活性炭电极组装成活性电解质增强超级电容器，进行自放电测试，并与未加入碳纳米管的凝胶聚合物电解质组装的超级电容器进行对比，5小时内，电解质中未加入碳纳米管时，电压从1.8V下降到0.55V，而在电解质中加入碳纳米管后，电压从1.8V下降到1.02V，自放电现象得到明显改善。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (4)
1.一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：是先将聚合物基体溶于水中，加入卤化物离子液体和碳纳米管的分散液，然后加入硫酸锂溶液，最后除去多余水分，制备得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质，其中所述聚合物基体选用聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种，所述卤化物离子液体选用溴化1-丁基-3-甲基咪唑和碘化1,3-二甲基咪唑中的一种；所述卤化物离子液体和碳纳米管的分散液的制备方法是将卤化物离子液体和碳纳米管依次加入到水中，进行超声分散，其中卤化物离子液体的浓度为1～10mol/L，碳纳米管的浓度为0.1～1mg/mL。
2.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将聚合物基体与水以1～5:10～20的质量比混合，于80～90℃下搅拌至完全溶解，得到混合均匀的聚合物凝胶基体溶液；
步骤2、在10～30mL步骤1中得到的聚合物凝胶基体溶液中加入5～15mL卤化物离子液体和碳纳米管的分散液，超声分散，得到均质分散液；
步骤3、在步骤2中得到的均质分散液中加入5～15mL硫酸锂溶液，进行搅拌，得到均质电解液；
步骤4、将步骤3中得到的均质电解液于80～90℃下除去多余的水分，得到具有氧化还原活性的凝胶聚合物电解质。
3.根据权利要求2所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述硫酸锂溶液的制备方法是将硫酸锂溶解于水中，配置成浓度为0.5～5mol/L的所述硫酸锂溶液。
4.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：制备得到的所述凝胶聚合物电解质和活性炭电极组装用于超级电容器的制备，形成活性电解质增强超级电容器。
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