[發(fā)明專利]以MXene為電極PVA基水凝膠為電解質(zhì)的固態(tài)儲(chǔ)能器件制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210353677.8
• 申請(qǐng)日: 2022-04-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114614112A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高宇;劉傳芳;陳崗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/38
• 分類號(hào): H01M10/38;H01M4/58;B01J13/00;H01G9/025;H01G9/042;H01G9/15;H01G11/30;H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 深圳眾邦專利代理有限公司 44545
• 代理人: 李茂松

本發(fā)明屬于固態(tài)儲(chǔ)能器件的電解質(zhì)以及全器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為以MXene為電極PVA基水凝膠為電解質(zhì)的固態(tài)儲(chǔ)能器件制備方法，包括步驟1：稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的PVA，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的水，90℃加熱攪拌至完全溶解；冷卻后，在攪拌下加入相對(duì)水為4M的質(zhì)子酸，靜置至脫泡；步驟2：將上述步驟得到的溶液注入對(duì)應(yīng)大小形狀需求的電解質(zhì)模具中，放入冰箱下層冷凍20小時(shí)后取出，室溫下靜置3小時(shí)；步驟3：重復(fù)步驟2中冷凍靜置的步驟2次，取出脫模得到PVA基水凝膠電解質(zhì)，其結(jié)構(gòu)合理，制備的MXene固態(tài)儲(chǔ)能器件具有優(yōu)異的倍率性能，其倍率性能超越對(duì)應(yīng)水系MXene儲(chǔ)能裝置。同時(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)性能、高面積電容、以及高能量密度和功率密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固態(tài)儲(chǔ)能器件的電解質(zhì)以及全器件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為以MXene為電極PVA基水凝膠為電解質(zhì)的固態(tài)儲(chǔ)能器件制備方法。

背景技術(shù)

21世紀(jì)，人類生活水平大大提升，可移動(dòng)和可穿戴的電子設(shè)備的快速發(fā)展，為人類帶來(lái)極大便捷。隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)快速便攜的可移動(dòng)充放電設(shè)備的需求快速上升，人類對(duì)柔性固態(tài)儲(chǔ)能器件的進(jìn)一步升級(jí)提出更多要求。固態(tài)儲(chǔ)能器件具有便攜性高、無(wú)污染性液體電解質(zhì)泄露問(wèn)題、環(huán)保性強(qiáng)、應(yīng)用場(chǎng)景多、穩(wěn)定性高、操作簡(jiǎn)單、耐低溫性能好等特點(diǎn)。其中，固態(tài)電解質(zhì)是最重要的組成成分之一。工業(yè)固態(tài)電解質(zhì)通常需要滿足低毒性、制備簡(jiǎn)單、離子電導(dǎo)率高、機(jī)械穩(wěn)定性好的要求。而目前制備的固態(tài)電解質(zhì)通常制備相對(duì)復(fù)雜，離子導(dǎo)電率相對(duì)偏低。MXene作為一類快速發(fā)展的新型材料，由于其電導(dǎo)率高、含有豐富表面官能團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合做固態(tài)儲(chǔ)能器件的電極材料。目前，針對(duì)MXene材料固態(tài)儲(chǔ)能的研究集中在MXene電極材料上，包括MXene材料改性、制備復(fù)合電極，組裝不對(duì)稱全電池等。針對(duì)其固態(tài)電解質(zhì)以及固態(tài)儲(chǔ)能器件制備還較少被研究。

為此，我們提出一種新型簡(jiǎn)單的以凍融法制備自支撐酸/PVA基水凝膠為電解質(zhì)，涂抹泥狀MXene材料為電極的固態(tài)儲(chǔ)能器件制備方法。首先通過(guò)凍融法制備高導(dǎo)電、耐低溫的酸/PVA水凝膠電解質(zhì)，接著通過(guò)簡(jiǎn)單涂抹泥狀MXene于固態(tài)電解質(zhì)表面的方法制備儲(chǔ)能器件。該方法工藝簡(jiǎn)單，得到的MXene電極為多孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)抑制了MXene堆疊效應(yīng)，大大提升了器件動(dòng)力學(xué)性能，使得制備的儲(chǔ)能器件具有優(yōu)異的倍率性能。此外，還具有優(yōu)異的耐低溫性能、長(zhǎng)循環(huán)性能、面積電容、能量密度和功率密度。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施方式的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施方式。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明的目的是提供以MXene為電極PVA基水凝膠為電解質(zhì)的固態(tài)儲(chǔ)能器件制備方法，制備的MXene固態(tài)儲(chǔ)能器件具有優(yōu)異的倍率性能，其倍率性能超越對(duì)應(yīng)水系MXene儲(chǔ)能裝置。同時(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)性能、高面積電容、以及高能量密度和功率密度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

以MXene為電極酸/PVA基水凝膠為電解質(zhì)的固態(tài)儲(chǔ)能器件制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的PVA，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的水，90℃加熱攪拌至完全溶解；冷卻后，在攪拌下加入相對(duì)水為4M的質(zhì)子酸，靜置至脫泡；

步驟2：將上述步驟得到的溶液注入對(duì)應(yīng)大小形狀需求的電解質(zhì)模具中，放入冰箱下層冷凍20小時(shí)后取出，室溫下靜置3小時(shí)；

步驟3：重復(fù)步驟2中冷凍靜置的步驟2次，取出脫模得到PVA基水凝膠電解質(zhì)；

步驟4：將泥狀MXene材料與對(duì)電極材料根據(jù)理論電容配平正負(fù)極質(zhì)量，將對(duì)應(yīng)質(zhì)量的泥狀MXene材料涂抹在步驟3所得的PVA基水凝膠電解質(zhì)表面；在MXene電極外側(cè)貼合裁剪好的對(duì)應(yīng)尺寸形狀的干凈的鈦箔；