CN112201482B - 基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法 - Google Patents

基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法，该超级电容器以碳纳米管或其复合膜作为电极，以聚乙烯醇/磷酸/聚(4‑苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵所形成的异质结薄膜同时作为固态电解质和隔膜。与现有技术相比，本发明所构筑的异质结固态电解质可有效抑制双电层和赝电容超级电容器中的电荷重排，大幅延长超级电容器的自放电时间，这是现有技术采用单一高分子凝胶电解质所不能实现的。自放电快是当前超级电容器面临的关键瓶颈，本发明提供了一种通过固体电解质的结构设计以调控、限制超级电容器自放电性能的有效方法，对超级电容器的发展和应用具有重要意义。

Description

基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及储能器件技术领域，具体涉及一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器作为一种重要的电化学能量储存器件，具有功率密度大、循环寿命长、充电速度快、结构简单等优点，并能方便地制备在各种柔性基底上，获得柔性、可穿戴器件，近年来引起学术界和工业界的高度关注。
众所周知，超级电容器的能量密度较金属离子二次电池低，通过提高器件的比容量和工作电压窗口，已经取得了较大进展。但由于其内在储能机制的限制，超级电容器目前面临的另外一个亟待解决的关键瓶颈是其极快(数十分钟甚至数秒内)的自放电现象，极大限制了超级电容器的应用。尽管有研究试图通过电极材料的纳米孔道设计，将电荷或带电离子限制在电极材料的纳米孔道当中，以缓解超级电容器的自放电现象，但是，收效甚微，并且不具有普适性规律。
基于上述考虑，本发明设计了一种异质结高分子凝胶电解质，据此所制备的超级电容器表现出更长的自放电时间，这种新型异质结凝胶电解质的设计策略有望广泛应用于高性能超级电容器的制备中。本发明所涉及的具有长自放电时间的固态超级电容器在柔性、可穿戴能源器件领域具有极大的应用前景和价值。
发明内容
本发明的目的就是为了克服当前超级电容器自放电快的关键科学和技术难题，提供一种具有缓慢自放电特性的基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，该超级电容器包括两块电极板以及位于两电极板之间的异质结高分子凝胶电解质层，所述电极板为碳纳米管薄膜，所述电解质层为聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液和聚乙烯醇/ 磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液所形成的异质结高分子凝胶电解质。
本发明以带有不同离子的聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵作为异质结高分子凝胶电解质，其中磷酸的引入使凝胶电解质具有较高的离子电导率。充电后的超级电容器中，由于聚(4-苯乙烯磺酸钠) 和聚二烯二甲基氯化铵高分子链上所带的负电荷和正电荷，对电极表面聚集的自由离子产生一定的吸引或排斥作用，从而促进或缓解自由离子的快速重排。比如，当涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)的电极板富集负电荷时，该电极板涂覆的电解质中高分子链上带有负电荷，则会与之产生排斥作用，阻止电极板的电荷向电解质方向的移动，使得超级电容器表现出较长的自放电性能。相反的，若涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵的电极板富集负电荷时，则发生吸引作用，带电离子重排速度加快，超级电容器将发生快速自放电。
优选地，所述电解质层的厚度为10～500μm，进一步优选为100-300μm。
所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液中磷酸的浓度为0.2～2.0mol/L，其中，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与所述聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)，聚二烯二甲基氯化铵与所述聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)。
一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
(1)在一个碳纳米管薄膜电极表面涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠) 电解质溶液，另一个碳纳米管膜电极表面涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液，然后放入真空环境下，使电解质充分渗入碳纳米管膜中；
(2)在两片涂覆有不同电解质的电极表面再涂抹1～10μL的聚乙烯醇/磷酸水溶液，然后将两片电极涂有电解质的一侧按压组装，得到所述基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器。
通过上述方法制备的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器中，由于引入的异质结结构中聚(4-苯乙烯磺酸钠)和聚二烯二甲基氯化铵高分子链上带有负电荷和正电荷，对电极表面聚集的自由离子产生一定的吸引或排斥作用，从而促进或缓解自由离子的快速重排，即产生促进或抑制自放电过程的效果，并且，该基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器仍具有较高的电化学性能。
优选地，所述碳纳米管薄膜的厚度为5～200μm，进一步优选为5-20μm。
所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液通过以下方法制备：在加热条件(65～95℃，优选为70-80℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1：(6-20)，持续搅拌1～4h，冷却后加入摩尔浓度为0.2～2.0mol/L (优选为0.5-1.5mol/L)的磷酸并搅拌均匀，之后再加入,聚(4-苯乙烯磺酸钠)，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)，搅拌(5～60 min)均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液。
所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液通过以下方法制备：在加热条件(65～95℃，优选为70-80℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1：(6-20)，持续搅拌1～4h，冷却后加入摩尔浓度为0.2～2.0mol/L (优选为0.5-1.5mol/L)的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚二烯二甲基氯化铵，聚二烯二甲基氯化铵与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)，搅拌(5～60 min)均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液。
步骤(1)中所述真空的保持时间为1～6h，温度为15～40℃。目的是让聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)或聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质充分渗入碳纳米管膜中，以减小电极与电解质间的接触电阻。
本发明通过设计两种带相反电荷的凝胶电解质，分别涂敷在电极表面，形成具有异质结结构的凝胶电解质，利用电荷的吸引/互斥相互作用，进而束缚电荷的移动，降低电容器中的电荷重排现象，解决超级电容器自放电快的关键难题。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
相比现有采用单一高分子凝胶电解质的超级电容器无法实现超级电容器自放电时间的有效调控和延长，本发明创新性地利用两种带相反电荷离子的高分子凝胶电解质形成的具有异质结结构的新型高分子凝胶电解质，应用于双电层和赝电容超级电容器中。电容器充电后，高分子链上所带的正、负电荷分别与响应电极表明所聚集的阳离子和阴离子产生强的排斥作用，从而限制电极表明富集的带电离子的迁移和重排，抑制超级电容器的自放电过程，延长超级电容器的自放电时间，这是传统基于单一高分子凝胶电解质的超级电容器所无法实现的。本发明所涉及的具有长自放电时间的固态超级电容器在柔性、可穿戴能源器件领域具有极大的应用前景和价值。
附图说明
图1为本发明所涉及的以碳纳米管膜为电极的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器结构示意图；
图2为本发明所涉及的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器抑制自放电过程的原理示意图；
图3为以碳纳米管膜为电极构筑的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，其中一侧电极分别聚集正电荷或负电荷时的自放电过程对比图；
图4为以碳纳米管膜为电极构筑的高分子凝胶电解质的超级电容器，其电解质分别为均一的聚乙烯醇/磷酸、均一的聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)、均一的聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵、形成异质结结构的聚乙烯醇/磷酸/聚(4- 苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵的自放电过程对比图；
图5为以碳纳米管膜为电极构筑的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器中含有不同含量的聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯醇/磷酸/ 聚二烯二甲基氯化铵的自放电过程图；
图6为碳纳米管膜/聚苯胺复合电极的扫描电镜图；
图7为以碳纳米管膜/聚苯胺为复合电极构筑的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，其中一侧电极分别富集正电话或负电荷时自放电过程对比图；
图8为以碳纳米管膜/聚苯胺为复合电极构筑的高分子凝胶电解质的超级电容器，其电解质分别为均一的聚乙烯醇/磷酸、均一的聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)、均一的聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵、形成异质结结构的聚乙烯醇/ 磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵的自放电过程对比图；
图9为以碳纳米管膜/聚苯胺为复合电极构筑的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器中含有不同含量的聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵的自放电过程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，制备后结构示意图如图1 所示，具体步骤为：
(1)在加热条件(70℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1:20，持续搅拌2h，冷却后加入摩尔浓度为0.5mol/L的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1:10，搅拌30min均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液；
(2)在加热条件(70℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1:20，持续搅拌2h，冷却后加入摩尔浓度为0.5mol/L的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚二烯二甲基氯化铵，聚二烯二甲基氯化铵与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1:10，搅拌30min均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液；
(3)在一个碳纳米管膜电极表面涂覆步骤(1)所得的聚乙烯醇/磷酸/聚(4- 苯乙烯磺酸钠)电解质溶液，另一个碳纳米管膜电极表面涂覆步骤(2)所得的聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液，然后放入真空环境下，使电解质充分渗入碳纳米管膜中；
(4)在步骤(3)所得的两片涂覆有不同电解质的电极表面再涂抹5μL的聚乙烯醇/磷酸水溶液，然后将两片电极涂有电解质的一侧按压组装，得到所述基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器；
(5)碳纳米管膜的厚度为10μm。
经检测，最终的超级电容器中，电解质层的厚度为100μm。
通过上述方法制备的超级电容器中，由于引入的异质结结构中聚(4-苯乙烯磺酸钠)和聚二烯二甲基氯化铵高分子链上带有负电荷和正电荷，对电极表面聚集的自由离子产生一定的吸引或排斥作用，从而促进或缓解自由离子的快速重排，即产生促进自放电过程或抑制自放电过程的效果，图2显示了抑制自放电过程的示意图。比如，当涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)的电极板富集负电荷时，该电极板涂覆的电解质中高分子链上带有负电荷，则会与之产生排斥作用，阻止电极板的电荷向电解质方向的移动，使得超级电容器表现出较长的自放电性能，图3 的实验结果很好的证明了这一点。
进一步，将基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的自放电过程与其他基于均一电解质的超级电容器进行了对比，均一结构的电解质分别为聚乙烯醇/ 磷酸、均一的聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)和均一的聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质，图4结果表明异质结高分子凝胶电解质引入确实抑制了超级电容器的自放电过程，自放电时间延长了近一倍。而图5结果表明异质结高分子凝胶电解质的涂覆量的增加，超级电容器的自放电过程更慢，这是因为电解质含量的增加引入了更多的离子，离子数量的增加导致离子重排时间延长，因此自放电过程更慢。
上述结构验证了异质结高分子凝胶电解质在双电层电容器中能够有效抑制器件的自放电过程，进一步以碳纳米管膜/聚苯胺作为电极材料，验证其对赝电容型超级电容器中的有效性，聚苯胺的引入还可提升超级电容器的电化学能量储存性能。以碳纳米管膜/聚苯胺作为电极材料，聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠) 和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵所形成的异质结薄膜作为电解质构筑了超级电容器，图6为生长聚苯胺后的碳纳米管膜的扫描电镜图。由图可看到聚苯胺呈现出枝叶的状态延伸到碳纳米管的外部。
与单纯的碳纳米管膜作为电极相似，在赝电容器中引入异质结高分子凝胶电解质同样使得在电容器的两极富集负电荷或正电荷时产生不同的效果，图7为当涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)的电极富集负电荷时，自放电过程要远远慢于涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵的电极富集负电荷时的自放电过程，自放电时间延长了近2倍。图8展示出异质结高分子凝胶电解质构筑的赝电容器的自放电过程比均一结构电解质构筑的赝电容器的自放电过程慢得多。相似的，图9 展示出随着异质结高分子凝胶电解质厚度的增加，超级电容器的自放电过程也随之减慢。
实施例2
一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法，具体步骤为：
(1)在加热条件(75℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1:10，持续搅拌3h，冷却后加入摩尔浓度为1mol/L的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1:6，搅拌40min均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液；
(2)在加热条件(75℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1:10，持续搅拌3h，冷却后加入摩尔浓度为1mol/L的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚二烯二甲基氯化铵，聚二烯二甲基氯化铵与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1:6，搅拌40min均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液；
(3)在一个碳纳米管膜电极表面涂覆步骤(1)所得的聚乙烯醇/磷酸/聚(4- 苯乙烯磺酸钠)电解质溶液，另一个碳纳米管膜电极表面涂覆步骤(2)所得的聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液，然后放入真空环境下，使电解质充分渗入碳纳米管膜中；
(4)在步骤(3)所得的两片涂覆有不同电解质的电极表面再涂抹7μL的聚乙烯醇/磷酸水溶液，然后将两片电极涂有电解质的一侧按压组装，得到所述基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器；
(5)碳纳米管膜的厚度为5μm。
经检测，最终的超级电容器中，电解质层的厚度为200μm。且该超级电容器的自放电过程也明显得到了抑制。
实施例3
一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器及其制备方法，具体步骤为：
(1)在加热条件(80℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1:6，持续搅拌4h，冷却后加入摩尔浓度为1.5mol/L的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1:5，搅拌60min均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液；
(2)在加热条件(80℃)下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，聚乙烯醇与水的质量比为1:6，持续搅拌4h，冷却后加入摩尔浓度为1.5mol/L的磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚二烯二甲基氯化铵，聚二烯二甲基氯化铵与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1:5，搅拌60min均匀后得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液；
(3)在一个碳纳米管膜电极表面涂覆步骤(1)所得的聚乙烯醇/磷酸/聚(4- 苯乙烯磺酸钠)电解质溶液，另一个碳纳米管膜电极表面涂覆步骤(2)所得的聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液，然后放入真空环境下，使电解质充分渗入碳纳米管膜中；
(4)在步骤(3)所得的两片涂覆有不同电解质的电极表面再涂抹10μL的聚乙烯醇/磷酸水溶液，然后将两片电极涂有电解质的一侧按压组装，得到所述基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器；
(5)碳纳米管膜的厚度为20μm。
经检测，最终的超级电容器中，电解质层的厚度为300μm。且该超级电容器的自放电过程也明显得到了抑制。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，其特征在于，该超级电容器包括两侧的电极板以及位于两电极板之间的异质结高分子凝胶电解质层，所述电极板为碳纳米管膜，所述异质结高分子凝胶电解质层是由聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液形成的固态电解质。
2.根据权利要求1所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，其特征在于，所述的碳纳米管膜厚度为5～200μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，其特征在于，所述异质结高分子凝胶电解质层的厚度为10～500μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器，其特征在于，所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液和聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液中磷酸的浓度均为0.2～2.0mol/L，
其中，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)，
聚二烯二甲基氯化铵与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)。
5.如权利要求1所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
(1)在一个碳纳米管膜电极板表面涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液，在另一个碳纳米管膜电极板表面涂覆聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液，然后放入真空环境下，使电解质充分渗入碳纳米管膜中；
(2)在两片涂覆有不同电解质的电极板表面再涂抹聚乙烯醇/磷酸水溶液，然后将两片电极涂有电解质的一侧按压组装，即得到所述基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器。
6.根据权利要求5所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液通过以下方法制备：
在加热条件下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，持续搅拌，冷却后加入磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚(4-苯乙烯磺酸钠)，搅拌均匀后，即得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚(4-苯乙烯磺酸钠)电解质溶液。
7.根据权利要求6所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其特征在于，加热的温度为65～95℃，聚乙烯醇与水的质量比为1：(6-20)，磷酸的摩尔浓度为0.2～2.0mol/L，聚(4-苯乙烯磺酸钠)与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)。
8.根据权利要求5所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液通过以下方法制备：
在加热条件下将聚乙烯醇溶解于去离子水中，持续搅拌，冷却后加入磷酸并搅拌均匀，之后再加入聚二烯二甲基氯化铵，搅拌均匀后，即得到所述聚乙烯醇/磷酸/聚二烯二甲基氯化铵电解质溶液。
9.根据权利要求8所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其特征在于，
加热的温度为65～95℃，聚乙烯醇与水的质量比为1：(6-20)，磷酸的摩尔浓度为0.2～2.0mol/L，聚二烯二甲基氯化铵与聚乙烯醇/磷酸电解质溶液的质量比为1：(5-50)。
10.根据权利要求5所述的一种基于异质结高分子凝胶电解质的超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述真空环境的保持时间为1～6h，温度为15～40℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114284078B (zh) * 2021-12-25 2024-02-09 华东理工大学 双极膜型离子凝胶电解质及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100999314A (zh) * 2006-12-26 2007-07-18 华东理工大学 表面吸附聚电解质的水溶性碳纳米管及其制备方法
CN101085840A (zh) * 2007-06-11 2007-12-12 同济大学 聚电解质/CdTe纳米复合薄膜的制备方法
CN101615512A (zh) * 2008-06-24 2009-12-30 通用电气公司 超级电容装置及其制造方法
CN102394180A (zh) * 2011-07-18 2012-03-28 四川安科特电子科技有限公司 一种片式有机固体电解质电解电容器的制备方法
CN103219164A (zh) * 2013-04-19 2013-07-24 中国科学院物理研究所 超薄、自支撑、柔性、全固态超级电容器及其制备方法
CN107735885A (zh) * 2015-07-06 2018-02-23 株式会社神户制钢所 铁空气二次电池用负极，铁空气二次电池和铁空气二次电池用负极的制造方法
US9922773B2 (en) * 2015-10-01 2018-03-20 Korea Atomic Energy Research Institute Ionic polymer membrane comprising radiation-crosslinkable poly(vinyl alcohol) and method of preparation thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090288946A1 (en) * 2008-05-23 2009-11-26 Lumimove, Inc. Dba Crosslink Electroactivated film with layered structure

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100999314A (zh) * 2006-12-26 2007-07-18 华东理工大学 表面吸附聚电解质的水溶性碳纳米管及其制备方法
CN101085840A (zh) * 2007-06-11 2007-12-12 同济大学 聚电解质/CdTe纳米复合薄膜的制备方法
CN101615512A (zh) * 2008-06-24 2009-12-30 通用电气公司 超级电容装置及其制造方法
CN102394180A (zh) * 2011-07-18 2012-03-28 四川安科特电子科技有限公司 一种片式有机固体电解质电解电容器的制备方法
CN103219164A (zh) * 2013-04-19 2013-07-24 中国科学院物理研究所 超薄、自支撑、柔性、全固态超级电容器及其制备方法
CN107735885A (zh) * 2015-07-06 2018-02-23 株式会社神户制钢所 铁空气二次电池用负极，铁空气二次电池和铁空气二次电池用负极的制造方法
US9922773B2 (en) * 2015-10-01 2018-03-20 Korea Atomic Energy Research Institute Ionic polymer membrane comprising radiation-crosslinkable poly(vinyl alcohol) and method of preparation thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Facilitating Interfacial Stability Via Bilayer Heterostructure Solid Electrolyte Toward High‐energy, Safe and Adaptable Lithium Batteries;Sun, Jianqi等;《Advanced Energy Materials》;20200818;第10卷(第31期);第1-11页 *

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