[发明专利]一种基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器及其制备方法

说明书

本发明属于电容器的技术领域，具体的涉及一种基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器及其制备方法。该柔性超级电容器的隔膜为聚N‑异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶。采用聚N‑异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶作为柔性超级电容器的隔膜，接着制备碳布负载二氧化锰的电极材料，组装成柔性超级电容器，由于合理设计的隔膜材料，有效地提高了柔性超级电容器的电化学性能和循环稳定性。

技术领域

本发明属于电容器的技术领域，具体的涉及一种基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器及其制备方法。

背景技术

随着经济的不断发展，石油资源的枯竭、环境的污染以及全球气候的恶化程度都在加剧，新能源、省能源技术的开发和综合利用已经成为非常必要的课题。作为本世纪最有希望的绿色新型能源，超级电容器正逐渐被应用到各个领域。如今柔性能量储存设备(电池比如超级电容器)已经受到广泛的关注，柔性超级电容器代表了一种新型的可以在弯曲，伸展甚至扭曲的条件下工作，然而要得到高电化学性能和较好柔性的超级电容器仍然是一个巨大的挑战。超级电容器主要由三部分组成：电极、隔膜、电解质，柔性超级电容器的性能主要依赖于电极材料的性能和设备的配置，柔性超级电容器的电极材料主要包括不同的纳米碳材料，导电聚合物和过渡金属氧化物。导电聚合物电极拥有以下优点：高导电性；大比容以及容易弯曲。

多年来对电极的研究已非常深入，主要包括碳材料类、过渡金属氧化物类和电子导电聚合物类。而电解质的研究正在逐步扩展，目前主要集中在液态和固态两种形态上。固态电解质小巧便捷，安全无泄漏，逐步成为人们研究的重点。这种固态电解质以聚合物为基质，一般分为干固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质和复合聚合物电解质。干固态聚合物电解质室温下电导率较低(10⁸～10⁷S/cm)，使用受到限制，因此凝胶聚合物电解质成为研究重点，但其制备一般使用的是有机溶剂，对环境危害大，所以虽然水的电化学稳定窗口仅为1.23V，但用水取代有机溶剂制备凝胶电解质已成为一种需要，同时也可降低设备成本。然而，目前研究的用于超级电容器的固态电解质大多限制在常温下的测试与探究，而无法适用于低温或高温等极端温度的条件下使用。聚N-异丙基丙稀酰胺(PNIPAM)水凝胶作为一种温敏性高分子聚合物材料，因其具有易于改性，可逆性强，且相变的临界温度在人体生理温度附近等特点而备受关注，主要应用于药物的释放，酶的固定化和物质分离等方面，目前未有将PNIPAM水凝胶作为温敏性固态电解质的研究。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器及其制备方法，采用聚N-异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶作为柔性超级电容器的隔膜，接着制备碳布负载二氧化锰的电极材料，组装成柔性超级电容器，由于合理设计的隔膜材料，有效地提高了柔性超级电容器的电化学性能和循环稳定性。

本发明的技术方案为：一种基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器，该柔性超级电容器的隔膜为聚N-异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶。

所述聚N-异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶的合成原料为N-异丙基丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、氯化钾和α-酮戊二酸。

按照摩尔比例N-异丙基丙烯酰胺：N，N-亚甲基双丙烯酰胺：氯化钾：α-酮戊二酸为10：1：2：5。

所述聚N-异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶的制备方法如下：将N-异丙基丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺、氯化钾和α-酮戊二酸按比例混合，在0℃冰浴条件下，按200rpm的搅拌转速进行均匀搅拌10min，最后在365nm的波长下用紫外灯照射反应8～10h，得到聚N-异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶。

所述基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器制备方法，首先合成聚N-异丙基丙烯酰胺/氯化钾水凝胶，将该水凝胶作为柔性超级电容器的隔膜；然后制备碳布负载二氧化锰电极材料；最后组装成柔性超级电容器。

所述基于温度敏感性凝胶电解质的柔性超级电容器制备方法，包括以下具体步骤：