[发明专利]一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备

说明书

本发明涉及一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备方法。该电极为碳纳米管CNTs/聚丙烯酰胺PAM杂化凝胶电极。该电容器包括该凝胶电极。该凝胶电极的制备方法包括：将丙烯酰胺单体、引发剂和交联剂与碳纳米管分散液混合，搅拌，热固化。该方法成本低，过程简单，适用于大规模生产；所得全凝胶态离子热电超级电容器具有较好的电化学稳定性，可用作能源储存器件，并且其特有的热电性能可实现热能与电能间的转换，作为能源转换器件有望应用低阶废热的收集与再利用。

技术领域

本发明属于电极和超级电容器及其制备领域，特别涉及一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备方法。

背景技术

近些年来，柔性电子和可穿戴电子设备快速发展，低阶废热(如电子设备长时间使用而产生的热能)作为常见的易耗散能源之一难以收集并实现再利用，这向能源的转化与储存提出了新课题。作为常见的储能与转能设备，传统的超级电容器以及热电发电机能够分别满足能源的储存与转化的需求，但是随着越来越多自供能设备的兴起，功能单一化的能源器件难以同时实现能源的转化与存储。因此，构筑一种转能储能一体化的能源器件具有重要意义。

现有报道中的离子热电超级电容器普遍存在环境不友好，柔性和可拉伸性较差的缺点，如2016年Crispin等制备的离子热电超级电容器(Energy Environ.Sci.,2016,9,1450-1457)，采用金电极，并以NaOH-PEO凝胶为电解质，在温差为16K时，输出电压可达0.2V。但是，柔性较差以及电解质的强碱性，限制了其在实际生产中的大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种凝胶电极和全凝胶态离子热电超级电容器及其制备方法，以克服现有技术中离子热电超级电容器环境不友好以及柔性较差的缺陷。

本发明提供一种凝胶电极，所述电极为碳纳米管CNTs/聚丙烯酰胺PAM杂化凝胶电极，所述CNTs和PAM的质量比为1:10～1:20。

本发明一种凝胶电极的制备方法，包括：

(1)将碳纳米管与溶剂混合，超声，得到碳纳米管分散液，其中碳纳米管分散液浓度为5mg/mL～10mg/mL；

(2)将丙烯酰胺单体、引发剂和交联剂与步骤(1)中碳纳米管分散液混合，搅拌，热固化，得到碳纳米管CNTs/聚丙烯酰胺PAM杂化凝胶电极，其中丙烯酰胺单体与引发剂的质量比为100:1～100:3，引发剂与交联剂的质量比为20:1～10:1，混合后丙烯酰胺单体浓度为100mg/mL～200mg/mL。

所述步骤(1)中溶剂为超纯水。

所述步骤(1)中超声时间为1～2h。

所述步骤(2)中引发剂为过硫酸铵；交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

所述步骤(2)中搅拌时间为10～30分钟。

所述步骤(2)中热固化温度为60～80℃，热固化时间为30～90分钟。

本发明还提供一种全凝胶态离子热电超级电容器，所述超级电容器包括上述凝胶电极。

所述超级电容器电解质为氯化钠NaCl-聚丙烯酰胺PAM凝胶电解质。

所述超级电容器是由凝胶电极和氯化钠NaCl-聚丙烯酰胺PAM凝胶电解质组装为“三明治”结构得到。

本发明还提供一种全凝胶态离子热电超级电容器的制备方法，包括：

将上述凝胶电极裁剪为两块大小相同的电极，两电极之间以氯化钠NaCl-聚丙烯酰胺PAM凝胶电解质隔开，以银丝为极耳固定于两电极表面，得到全凝胶态离子热电超级电容器。

所述裁剪之前将凝胶电极浸入饱和NaCl溶液中12-24h后取出干燥。