[發明專利]磷鉬酸-聚合物復合導電水凝膠及其制備方法以及在全固態柔性超級電容器中的應用

有效

• 申請號: 201910652906.4
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110423348B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 王美玲;劉旭光;崔明珠;劉偉峰
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C08G73/06
• 分類號: C08G73/06;C08G73/02;C08K3/32;C08J3/075;H01G11/26;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 翟沖燕

本發明屬多酸基復合新材料技術領域，提供一種磷鉬酸?聚合物復合導電水凝膠及其制備方法以及在全固態柔性超級電容器中的應用。在一步原位聚合過程中通過帶負電的磷鉬酸和帶正電的聚合物導電水凝膠通過靜電自組裝作用及物理吸附作用而形成，磷鉬酸納米顆粒均勻的錨定或鑲嵌在相互連接的3D網格結構的聚合物導電水凝膠表面或內部。直接作為無粘合劑的超級電容器電極材料，實現電化學儲能。磷鉬酸的均勻負載，提高復合材料的導電性，利于PMo₁₂的均勻扎釘及反應活性位點的暴露，不僅加快了電子傳輸，優異的延展性及溶脹性促成了其在柔性器件中的應用。當彎曲較大角度，柔性器件顯示了極高的電容保持率，在集成柔性電子器件領域顯示出極大的實用性。

技術領域

本發明屬于多酸基復合新材料技術領域，具體涉及一種磷鉬酸-聚合物復合導電水凝膠及其制備方法以及在全固態柔性超級電容器中的應用。

背景技術

PMo₁₂因其快速可逆的多電子傳輸能力、獨特的晶體結構和穩定的氧化還原價態成為基于表層法拉第反應的贗電容器中被廣泛研究的熱點材料。然而，PMo₁₂本身易溶于水及極性有機溶劑，且導電性較差，故不能單獨用作活性電極材料。

在過去的十幾年中，科學家一直致力于尋找合適的導電基底與PMo₁₂復合以期更大程度的發揮其固有電容。到目前為止，國內外報道的導電基體主要包括一些常見的碳材料和傳統導電聚合物，如碳納米管、活性炭、石墨烯、聚苯胺及聚吡咯等。然而，額外粘結劑的引入、基底碳材料的團聚及PMo₁₂氧化還原活性位點的有限暴露等問題都不同程度的抑制了PMo₁₂固有電容的有效利用。因此，必須優化復合材料的結構來提高PMo₁₂活性顆粒的分散性，以充分暴露其氧化還原活性位點及高效發揮PMo₁₂的固有電容。

近年來，新型導電聚合物水凝膠因具有較大的表面積、分級多孔的結構，良好的導電性、優異的親水性及杰出的溶脹性受到了廣泛的關注。三維分級多孔納米結構的新型導電聚合物水凝膠可以為電極及電解質之間提供更大的界面接觸面積，縮短離子/電子傳輸路徑，且本身具有良好的韌性、高的導電性和親水性，成為具有巨大多電子傳輸能力PMo₁₂的優選基底材料。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種磷鉬酸/聚合物復合導電水凝膠，以實現磷鉬酸納米顆粒的均勻負載。

本發明的第二目的在于提供一種磷鉬酸/聚合物復合導電水凝膠的制備方法。

本發明的第三目的在于提供一種柔性超級電容器，該器件能夠在彎曲條件下保持性能穩定，可以應用于柔性顯示器和可穿戴電子器件。

本發明由如下技術方案實現的：一種磷鉬酸/聚合物復合導電水凝膠，所述磷鉬酸/聚合物復合導電水凝膠是在一步原位聚合過程中通過帶負電的磷鉬酸和帶正電的聚合物導電水凝膠通過靜電自組裝作用及物理吸附作用而形成，磷鉬酸納米顆粒均勻的錨定或鑲嵌在相互連接的3D網格結構的聚合物導電水凝膠表面或內部；其中聚合過程中磷鉬酸納米顆粒與聚合物單體的摩爾濃度比范圍為1/70-4/70。

所述磷鉬酸納米顆粒大小2nm；所述聚合物導電水凝膠中的聚合物單體為吡咯、苯胺或吲哚。

制備所述的一種磷鉬酸/聚合物復合導電水凝膠的方法，具體步驟如下：

（1）磷鉬酸溶液的制備：0.08-1.28 g PMo₁₂粉末、0.05-0.8 g無水氯化鐵、0.06-0.096 g交聯劑混合，超聲均勻分散在去離子水中，制備成0.5-8ml混合溶液即可；

（2）聚合物導電水凝膠的制備：21-336 μL聚合物單體溶解在0.25-4 mL溶劑，所述溶劑為異丙醇或水；