CN112908726A - 一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及储能技术领域,具体涉及一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.01‑0.5摩尔的1,3‑丙烷磺酸内酯和0.05‑0.2摩尔的乙腈混合均匀后,在20‑30℃下搅拌6‑24小时,然后静置12‑60小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体。该双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法利用聚苯胺的杂化使得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺‑甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极在酸性电解液中具有较高的比电容,聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺‑甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶电极在0.2mA/cm2的电流密度下比电容达138mF/cm。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域,具体涉及一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法。
背景技术
柔性电子设备因其在电子皮肤、人体生理活动监测、假肢和可拉伸触摸屏等方面的巨大应用而引起了越来越多的关注,因此,有必要寻求先进的可拉伸储能设备为柔性电子设备提供动力,无疑,可拉伸固态超级电容器可以满足柔性电子设备的性能要求,且兼具安全性。
可拉伸固态超级电容器不但具备普通超级电容器功率密度高、循环寿命长、安全、成本低等优点,而且其良好的可拉伸性和柔韧性使其能够很好地与可穿戴系统进行集成,可拉伸固态超级电容器就是在保证器件的功能特性(质量/体积能量密度、质量/体积功率密度、循环寿命、稳定性)与工业规模化生产适宜度的前提下,改善与应用情景(可拉伸、弯折等)相适应的力学性能。
可拉伸固态超级电容器的现有技术主要有两大类,一类是基于可弯曲的电活性材料,将其设计成特定的结构,如波浪状膜或者螺旋盘绕纤维;另一类是在柔性基底上用可拉伸的导线连接不可拉伸的储能组元的岛链结构。
第一类技术涉及的可拉伸活性材料主要基于碳材料,包括碳纳米管和石墨烯等,制备方法涉及模板的制备、移除等,但因碳基电极材料本身的限制,相应的超级电容器的电容量普遍不高,例如,Zhang等(Nitrogen-Doped Core-Sheath Carbon Nanotube Arrayfor Highly Stretchable Supercapacitor.2017.Adv.Energy Mater.)将聚氨酯(PU)涂覆到N掺杂的碳纳米管(CNT)阵列上,制备出NCNT/PU膜,然后将聚乙烯醇(PVA)凝胶电解质夹于两层NCNT/PU薄膜之间形成三明治结构的可拉伸固态超级电容器,所得超级电容器可承受400%的应变,比电容仅为31.1mF/cm2;专利ZL201510165881.7利用化学气相沉积法在泡沫镍上制备石墨烯/镍,在柔性衬底上涂覆石墨烯/镍,得到可拉伸石墨烯/镍颗粒电极,以PVA为固态电解质,组装成可拉伸固态超级电容器,所得电容器虽离子电导率较高,但拉伸性能较差。
第二类技术中的岛链结构需要采用微纳加工技术,微纳加工技术包括器件的固定和封装,以及连接导线的设计,该技术复杂,且成本较高,Kim等(Fabrication of aStretchable Solid-State Micro-Supercapacitor Array.2013.ACS nano.)采用微纳加工技术,用弯曲的Ti/Au导线连接每个单臂碳纳米管电极,组装成可拉伸固态超级电容器,用聚酰亚胺封装,该器件可承受30%的应变,最大比电容为55.3F/g。
现有的可拉伸固态超级电容器的技术都存在以下缺点:
(1)弹性基底虽赋予活性材料一定的拉伸性能,但其在可拉伸固态超级电容器中所占比重过大,且不具有电化学活性,不利于器件的轻薄化;
(2)在反复拉伸变形后,活性物质易于与弹性基底脱离,从而导致电化学性能降低;
(3)基于碳材料的可拉伸固态超级电容器的拉伸性能、比电容和能量密度较低,很难满足需求,且制备步骤繁琐,难以大规模生产;
因此,设计出一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,对于目前储能技术领域来说是迫切需要的,
发明内容
本发明提供一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,以解决现有技术存在的问题。
为了实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
根据本发明的实施例,一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.01-0.5摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.05-0.2摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.01-0.5摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1-0.3摩尔的乙腈的混合物中,在20-30℃下搅拌6-24小时,然后静置12-60小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将0.2-2.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在室温-50℃下继续搅拌0.5-3小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到海藻酸钠溶液中,再加入0.01-0.2毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.01-0.2毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取0.2-5克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的酸性溶液中2-24小时,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在一定浓度的酸性电解液中1-72小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
进一步地,所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶制备过程中丙烯酰胺与甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的摩尔比为1:10-20:1之间,海藻酸钠的浓度为0.02-0.25摩尔/升。
进一步地,所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶制备过程中苯胺的酸性溶液的配制方法为将苯胺溶解于酸性溶液中,控制苯胺的浓度在20-500毫摩尔/升。
进一步地,所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程中的酸性电解液为硫酸、高氯酸中的任一种,酸性电解液的浓度为1-3摩尔/升。
本发明具有如下优点:
一:该双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法中以海藻酸钠纤维作为第一网络用于提供三维交织结构,有效提高了电容器的力学性能,丙烯酰胺和磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯共聚物作为第二网络为电解质提供三维网络通道和骨架,同时还有助于提升保水性能,电解液在双网络通道中被充分利用,从而使海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶水凝胶电解质具有超高的离子电导率,海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的离子电导率高达1.7×10-1S/cm,高于现有已公开报道的凝胶聚合物类电解质(GPE)的离子电导率;
二:该双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法利用聚苯胺的杂化使得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极在酸性电解液中具有较高的比电容,聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶电极在0.2mA/cm2的电流密度下比电容达138mF/cm2;
三:该双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法制得的固态超级电容器在0.2mA/cm2的电流密度下经3000次充放电循环后比电容保持93%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是示例性的,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明中双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的设计原理示意图;
图2为本发明中可拉伸双网络凝胶电解质(a)及凝胶电极(b)的电镜扫描结构示意图;
图3为本发明中可拉伸双网络水凝胶电解质的Nyquist曲线示意图;
图4为本发明中可拉伸固态超级电容器在不同扫速下的循环伏安曲线示意图;
图5为本发明中可拉伸固态超级电容器在0.2mA/cm2电流密度下的循环稳定性曲线示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种技术方案:
一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.01-0.5摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.05-0.2摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.01-0.5摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1-0.3摩尔的乙腈的混合物中,在20-30℃下搅拌6-24小时,然后静置12-60小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将0.2-2.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在室温-50℃下继续搅拌0.5-3小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到海藻酸钠溶液中,再加入0.01-0.2毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.01-0.2毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取0.2-5克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的酸性溶液中2-24小时,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在一定浓度的酸性电解液中1-72小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
本发明中:所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶制备过程中丙烯酰胺与甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的摩尔比为1:10-20:1之间,海藻酸钠的浓度为0.02-0.25摩尔/升。
本发明中:所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶制备过程中苯胺的酸性溶液的配制方法为将苯胺溶解于酸性溶液中,控制苯胺的浓度在20-500毫摩尔/升。
本发明中:所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程中的酸性电解液为硫酸、高氯酸中的任一种,酸性电解液的浓度为1-3摩尔/升。
本发明在以上技术方案的基础上还提供了如下几种实施例:
实施例1:
一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.02摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.06摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.02摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1摩尔的乙腈的混合物中,在20℃下搅拌12小时,然后静置12小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将0.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在50℃下继续搅拌0.5小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将摩尔比为1:1的丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到浓度为0.05摩尔/升的海藻酸钠溶液中,再加入0.02毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.02毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取0.5克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的盐酸溶液中10小时,苯胺的浓度为100毫摩尔/升,盐酸的浓度为1摩尔/升,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在3摩尔/升的H2SO4电解液中8小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
该实施例制备的可拉伸双网络水凝胶电解质和水凝胶电极拉伸前后的光学图如图2所示,可见该实施例制备的可拉伸双网络水凝胶和水凝胶电极具有优异的拉伸性能。
实施例2:
一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.02摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.06摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.02摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1摩尔的乙腈的混合物中,在20℃下搅拌12小时,然后静置12小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将1.2毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在50℃下继续搅拌0.5小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将摩尔比为5:1的丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到浓度为0.12摩尔/升的海藻酸钠溶液中,再加入0.02毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.02毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取0.8克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的盐酸溶液中12小时,苯胺的浓度为150毫摩尔/升,盐酸的浓度为1摩尔/升,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在1摩尔/升的HClO4电解液中24小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
该实施例制备的可拉伸双网络凝胶电解质及凝胶电极的电镜扫描结构示意图如图2所示,可见该实施例制备的双网络凝胶电解质及凝胶电极呈三维多孔网络结构。
实施例3:
一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.02摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.06摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.02摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1摩尔的乙腈的混合物中,在20℃下搅拌12小时,然后静置12小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将1.8毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在50℃下继续搅拌0.5小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将摩尔比为2:1的丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到浓度为0.15摩尔/升的海藻酸钠溶液中,再加入0.02毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.02毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取1.0克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的盐酸溶液中18小时,苯胺的浓度为200毫摩尔/升,盐酸的浓度为1摩尔/升,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在1摩尔/升的H2SO4电解液中3小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
该实施例制备的可拉伸双网络凝胶电解质的Nyquist曲线如图3所示,可见该实施例制备的可拉伸双网络水凝胶电解质在高频区具有较低的电荷转移电阻,说明其具有较高的离子电导率。
实施例4:
一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.02摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.06摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.02摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1摩尔的乙腈的混合物中,在20℃下搅拌12小时,然后静置12小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将2.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在50℃下继续搅拌0.5小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将摩尔比为3:1的丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到浓度为0.2摩尔/升的海藻酸钠溶液中,再加入0.02毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.02毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取1.5克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的盐酸溶液中24小时,苯胺的浓度为50毫摩尔/升,盐酸的浓度为1摩尔/升,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在1摩尔/升的H2SO4电解液中24小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
该实施例制备的可拉伸固态超级电容器在不同扫速下的循环伏安曲线如图4所示,可见该可拉伸固态超级电容器具有优异的倍率特性;该可拉伸固态超级电容器在0.2mA/cm2的电流密度下的循环稳定性曲线如图5所示,可见该可拉伸固态超级电容器具有良好的循环稳定性。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,包括甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体、海藻酸钠溶液和固态超级电容器,其特征在于:所述甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的制备过程为:将0.01-0.5摩尔的1,3-丙烷磺酸内酯和0.05-0.2摩尔的乙腈混合均匀后,添加到0.01-0.5摩尔的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和0.1-0.3摩尔的乙腈的混合物中,在20-30℃下搅拌6-24小时,然后静置12-60小时,得到的白色沉淀物用乙腈和丙酮反复抽滤、离心、冲洗,得到甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体;
所述海藻酸钠溶液的制备过程为:将0.2-2.5毫摩尔海藻酸钠添加到去离子水中,室温下搅拌得到均匀的溶液,然后在室温-50℃下继续搅拌0.5-3小时,得到海藻酸钠溶液;
所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:将丙烯酰胺和甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体加入到海藻酸钠溶液中,再加入0.01-0.2毫摩尔N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.01-0.2毫摩尔过硫酸铵,混合均匀,将混合液浇铸到特定模具中原位聚合形成海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶的制备过程为:取0.2-5克海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,将凝胶浸泡在苯胺的酸性溶液中2-24小时,得到墨绿色的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶,成型后将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶在去离子水中浸泡并低速搅拌48小时,每隔4小时更换一次去离子水,将清洗干净的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶置于50℃烘箱干燥24小时;
所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程为:将干燥后的聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶分别真空浸泡在一定浓度的酸性电解液中1-72小时,分别获得聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质;
所述固态超级电容器的组装过程为:以海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质为夹层,将聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极与海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质组装成“三明治”结构的可拉伸固态超级电容器。
2.根据权利要求1所述的一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,其特征在于:所述海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶制备过程中丙烯酰胺与甲基丙烯酸磺酸甜菜碱单体的摩尔比为1:10-20:1之间,海藻酸钠的浓度为0.02-0.25摩尔/升。
3.根据权利要求1所述的一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,其特征在于:所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物凝胶制备过程中苯胺的酸性溶液的配制方法为将苯胺溶解于酸性溶液中,控制苯胺的浓度在20-500毫摩尔/升。
4.根据权利要求1所述的一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法,其特征在于:所述聚苯胺/海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电极和海藻酸钠/丙烯酰胺-甲基丙烯酸磺酸甜菜碱共聚物水凝胶电解质的制备过程中的酸性电解液为硫酸、高氯酸中的任一种,酸性电解液的浓度为1-3摩尔/升。
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CN202110149739.9A CN112908726B (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 一种双网络全水凝胶可拉伸固态超级电容器的制备方法 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113764201A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-12-07 | 深圳大学 | 超级电容器及其制备方法、植入方法和可植入电子医疗设备 |
CN113964382A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-21 | 南京大学 | 一种全水凝胶电池及其制备方法 |
CN114256000A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-29 | 杭州电子科技大学 | 基于pva-pma-sa-ta可自愈凝胶的非对称超级电容器的组装方法 |
CN114773627A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-22 | 沈阳大学 | 一种三维互连多级大孔结构凝胶聚合物电解质的制备方法 |
CN115249590A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-10-28 | 沈阳大学 | 基于双网络凝胶的全固态可拉伸超级电容器及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020114128A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-08-22 | Ryu Kwang Sun | Redox supercapacitor and manufacturing method thereof |
WO2014149181A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Washington State University | Gum-like electrolytes and methods of making the same |
WO2018209716A1 (zh) * | 2017-05-16 | 2018-11-22 | 西南石油大学 | 一种磺酸盐甜菜碱型疏水缔合聚合物及其制备方法 |
US20190039269A1 (en) * | 2016-11-15 | 2019-02-07 | Lanzhou Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences | Method for preparing double-network hydrogel tube with complex structure |
CN109971042A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-05 | 浙江工业大学 | 一种高强度双网络两性离子水凝胶及其制备方法 |
CN109970999A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-05 | 浙江工业大学 | 一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱离子供价双网络水凝胶及其制备方法 |
CN110437472A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-12 | 浙江工业大学 | 一种高强度、盐响应的双网络水凝胶及其应用 |
-
2021
- 2021-02-03 CN CN202110149739.9A patent/CN112908726B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020114128A1 (en) * | 2000-12-18 | 2002-08-22 | Ryu Kwang Sun | Redox supercapacitor and manufacturing method thereof |
WO2014149181A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Washington State University | Gum-like electrolytes and methods of making the same |
US20190039269A1 (en) * | 2016-11-15 | 2019-02-07 | Lanzhou Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences | Method for preparing double-network hydrogel tube with complex structure |
WO2018209716A1 (zh) * | 2017-05-16 | 2018-11-22 | 西南石油大学 | 一种磺酸盐甜菜碱型疏水缔合聚合物及其制备方法 |
CN109971042A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-05 | 浙江工业大学 | 一种高强度双网络两性离子水凝胶及其制备方法 |
CN109970999A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-05 | 浙江工业大学 | 一种壳聚糖/聚磺酸基甜菜碱离子供价双网络水凝胶及其制备方法 |
CN110437472A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-12 | 浙江工业大学 | 一种高强度、盐响应的双网络水凝胶及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
屈晨滢: "凝胶聚合物电解质在固态超级电容器中的研究进展", 《储能科学与技术》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113764201A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-12-07 | 深圳大学 | 超级电容器及其制备方法、植入方法和可植入电子医疗设备 |
CN113764201B (zh) * | 2021-07-06 | 2023-07-21 | 深圳大学 | 超级电容器及其制备方法、植入方法和可植入电子医疗设备 |
CN113964382A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-21 | 南京大学 | 一种全水凝胶电池及其制备方法 |
CN113964382B (zh) * | 2021-10-21 | 2023-11-03 | 南京大学 | 一种全水凝胶电池及其制备方法 |
CN114256000A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-29 | 杭州电子科技大学 | 基于pva-pma-sa-ta可自愈凝胶的非对称超级电容器的组装方法 |
CN114256000B (zh) * | 2021-12-23 | 2024-01-30 | 杭州电子科技大学 | 基于pva-pma-sa-ta可自愈凝胶的非对称超级电容器的组装方法 |
CN115249590A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-10-28 | 沈阳大学 | 基于双网络凝胶的全固态可拉伸超级电容器及其制备方法 |
CN114773627A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-22 | 沈阳大学 | 一种三维互连多级大孔结构凝胶聚合物电解质的制备方法 |
CN114773627B (zh) * | 2022-04-22 | 2024-03-08 | 沈阳大学 | 一种三维互连多级大孔结构凝胶聚合物电解质的制备方法 |
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