[发明专利]一种集储能-结构一体化的多功能储能装置及其制备方法

权利要求书

1.一种集储能-结构一体化的多功能储能装置，包括电极、电解质、隔膜，其特征在于：采用经过活化处理的聚丙烯腈基碳纤维布制作电极材料，以环氧树脂、电解质盐、增塑剂组成环氧树脂基凝胶聚合物电解质体系；

所述的经过活化处理的聚丙烯腈基碳纤维布为经过KClO₃与H₂SO₄混合溶液处理后再经过空气氧化处理的碳纤维布，具体处理步骤如下：

（1）碳纤维布除胶处理

以丙酮和乙醇按其体积比为1：2为溶剂，将聚丙烯腈基碳纤维布浸泡24h，然后用去离子水洗净，80℃干燥12h；

（2）碳纤维布液相氧化

将步骤1处理过的聚丙烯腈基碳纤维布用去离子水超声清洗30min，浸入体积比为1:1的KClO₃与H₂SO₄的混合溶液中，KClO₃的质量百分浓度为5~15%，H₂SO₄的质量百分浓度为20~40%，碳纤维布与KClO₃与H₂SO₄的混合溶液的质量比为1：80，搅拌，加热，60～100℃对碳纤维布处理1～3h；将氧化处理后的碳纤维布取出用去离子水洗至中性，放入鼓风干燥箱内80℃干燥12h；

（3）碳纤维布气相氧化

将步骤2处理过的聚丙烯腈基碳纤维布放入高温炉，以5℃/min升温速率升温至300～600℃，保温0.5～2h，随炉降温冷却。

2.如权利要求1所述的一种集储能-结构一体化的多功能储能装置，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂经胺类固化剂交联固化而成。

3.如权利要求1所述的一种集储能-结构一体化的多功能储能装置，其特征在于：所述的隔膜为玻璃纤维布。

4.如权利要求1所述的一种集储能-结构一体化的多功能储能装置，其特征在于：所述的电解质盐为锂盐或铵盐；锂盐为高氯酸锂（LiClO₄）、四氟硼酸锂（LiBF₄）或六氟磷酸锂（LiPF₆）；铵盐为四乙基四氟硼酸铵（C₂H₅）₄NBF₄、甲基三乙基四氟硼酸铵CH₃（C₂H₅）₃NBF₄或四丁基六氟磷酸胺（TBAPF₆）。

5.如权利要求1所述的一种集储能-结构一体化的多功能储能装置，其特征在于：所述的增塑剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或其混合物。

6.如权利要求1所述的一种集储能-结构一体化的多功能储能装置的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 

（1）电极与隔膜制备

将活化处理过的聚丙烯腈基碳纤维布按要求裁剪成方形电极片，将玻璃纤维布按要求裁剪成方形隔膜，将电极片及隔膜于70℃真空干燥8小时，待用；

（2）凝胶电解质配制

将双酚A型环氧树脂溶于增塑剂中，再加入电解质盐，配制成电解液，向电解液中加入胺类固化剂，50～120℃加热0.5～2 h，得到环氧树脂基凝胶聚合物电解质，各成分重量百分比为：双酚A型环氧树脂45~72%，增塑剂20~45%，电解质盐4~10%，胺类固化剂4~15%；

（3）组装电容器及固化成型

将凝胶电解质涂覆在正负电极接触隔膜的一面，将正极、隔膜、负极依次叠加成“三明治”结构，在真空环境下采用模压成型工艺固化成型，温度为50～110℃，压力为5MPa，时间为8～24 h，得到结构电容器。