[發明專利]一種自愈合柔性固態超級電容器的制備方法

有效

• 申請號: 201910656781.2
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110415997B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 董玉成;林葉茂
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 劉瑞芳

本發明屬于電容器的技術領域，具體的涉及一種自愈合柔性固態超級電容器的制備方法。所述自愈合柔性固態超級電容器的制備方法，包括以下步驟：(1)聚多巴胺?聚丙烯酰胺?硫酸水凝膠的制備；(2)制備聚苯胺柔性超級電容器。該方法一步合成水凝膠電容器，大大減少電極材料與電解質因接觸不好而表現出大的界面電阻，電解質和導電聚合物之間的接觸通過提供優異的電化學動力學性能和顯著著的結構穩定性而使超級電容器的性能得到改善。

技術領域

本發明屬于電容器的技術領域，具體的涉及一種自愈合柔性固態超級電容器的制備方法。

背景技術

隨著經濟的不斷發展，石油資源的枯竭、環境的污染和全球氣候的惡化程度都在加劇，新能源、省能源技術的開發和綜合利用已經成為非常必要的課題。作為本世紀最有希望的綠色新型能源，超級電容器正逐漸被應用到各個領域。如今柔性能量儲存設備(電池比如超級電容器)已經受到了廣泛的關注。柔性全固態超級電容器代表了一種新型的柔性器件，其可以在彎曲、伸展甚至扭曲的條件下工作，然而要得到高電化學性能和柔性的全固態超級電容器仍然是一個巨大的挑戰。柔性超級電容器的性能主要依賴于電極材料的性能和設備的配置，柔性超級電容的電極材料主要包括不同的納米碳材料，導電聚合物和過渡金屬化合物。

超級電容器主要由電極、隔膜和電解質三部分組成。多年來科學家們對電極的研究已非常深入，主要包括碳材料類、過渡金屬氧化物類和電子導電聚合物類。而電解質的研究正在逐步擴展，目前主要集中在液態和固態兩種形態上。固態電解質小巧便捷，安全無泄漏，逐步成為人們研究的重點，這種固態電解質以聚合物為基質，一般分為干固態聚合物電解質、凝膠聚合物電解質和復合聚合物電解質。干固態聚合物電解質室溫下電導率較低(10⁸～10⁷S/cm)，使用受到限制，因此凝膠聚合物電解質成為研究重點，但其制備一般使用的是有機溶劑，對環境危害大，雖然水的電化學穩定窗口僅為1.23V，但用水取代有機溶劑制備凝膠電解質已成為一種需要，同時也可降低設備成本。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種自愈合柔性固態超級電容器的制備方法，該方法一步合成水凝膠電容器，大大減少電極材料與電解質因接觸不好而表現出大的界面電阻，電解質和導電聚合物之間的接觸通過提供優異的電化學動力學性能和顯著的結構穩定性而使超級電容器性能得到改善。

本發明的技術方案為：一種自愈合柔性固態超級電容器的制備方法，包括以下步驟：

(1)聚多巴胺-聚丙烯酰胺-硫酸水凝膠的制備：首先將鹽酸多巴胺粉末溶解在堿性水溶液中，攪拌得到均勻溶液；然后將丙烯酰胺、過硫酸銨、四甲基乙二胺、H₂SO₄和硫代水楊酸按順序依次加入至均勻溶液中，在0℃冰浴條件下進行攪拌，最后在70℃下水浴反應12h形成聚多巴胺-聚丙烯酰胺-硫酸水凝膠；

(2)制備聚苯胺柔性超級電容器：將步驟(1)所得聚多巴胺-聚丙烯酰胺-硫酸水凝膠浸泡在由苯胺、過硫酸銨和H₂SO₄組成的混合溶液中，在室溫條件下原位聚合，得到聚苯胺柔性超級電容器。

所述步驟(1)中鹽酸多巴胺粉末為0.02g；堿性水溶液為10mLpH值為11的NaOH水溶液；所述丙烯酰胺為2g，過硫酸銨為0.25g，四甲基乙二胺為10μL，H₂SO₄為濃度98％的0.98g，硫代水楊酸為0.003g。

所述步驟(2)中苯胺為0.093g，過硫酸銨為0.228g，H₂SO₄為濃度98％的0.98g。

所述步驟(1)中鹽酸多巴胺粉末溶解攪拌20min，攪拌速度為350r/min；冰浴條件下攪拌10min，攪拌速度為350r/min。

所述步驟(2)中原位聚合3小時。