[发明专利]一种耐高低温的柔性超级电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，所述超级电容器是以二甲基亚砜掺杂的聚丙烯酰胺/聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）/氯化锂水凝胶为电解质层、以碳纳米管/聚苯胺复合材料为电极组装而成，具体制备方法包括以下步骤：

（1）通过原位化学聚合在碳纳米管薄膜两面生长聚苯胺，得到碳纳米管/聚苯胺复合材料作为电极；

（2）配制预聚液，然后把预聚液倒入模具中，紫外光照引发聚合，得到聚丙烯酰胺/聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）/氯化锂高分子水凝胶；

（3）将裁剪好的电极材料贴在高分子水凝胶电解质的两侧，即得到耐高低温的柔性超级电容器；

所述的碳纳米管/聚苯胺复合材料中聚苯胺的质量百分比为30~50%；

所述聚丙烯酰胺/聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）/氯化锂水凝胶中氯化锂的浓度为0.5~5 mol/L，以水/二甲基亚砜混合溶剂作为水凝胶中的溶剂，混合溶剂中二甲基亚砜的体积分数为4~40%；

所述电解质层的厚度为50~400 μm，所述电极的厚度为10~100 μm；

所制备的超级电容器在-20 ~100 ^oC的温度范围内稳定工作，在-20 ^oC极端低温下超级电容器的容量保持率为90%以上，在100 ^oC高温下器件的容量保持率高于85%。

2.根据权利要求1所述的一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述原位化学聚合生长聚苯胺包括以下步骤：将苯胺加入到高氯酸溶液中搅拌5~10分钟，然后加入过硫酸铵搅拌5~10分钟，得到预聚液；

将碳纳米管薄膜浸入预聚液中，反应温度为3~5 ^oC，反应时间为12~24 h，生长完毕用去离子水清洗后，得到碳纳米管/聚苯胺复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，所述苯胺、高氯酸溶液以及过硫酸铵的用量配比为10~30 μL：10~30 mL：10~30 mg，其中，高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.5~1.5 M。

4.根据权利要求1所述的一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管薄膜的厚度为10~100 μm。

5.根据权利要求1所述的一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤（2）配制预聚液的具体方法为：将二甲基亚砜加入去离子水中，再加入丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，搅拌均匀后加入N, N'-亚甲基双丙烯酰胺，然后加入氯化锂搅拌均匀，最后加入过硫酸铵，即得所述聚丙烯酰胺/聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）/氯化锂水凝胶预聚液。

6.根据权利要求5所述的一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，水/二甲基亚砜混合溶剂中二甲基亚砜的体积分数为4~40%，丙烯酰胺的加入量为单体总质量的20~80%，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的加入量为单体总质量的20~80%；

N, N'-亚甲基双丙烯酰胺的加入质量为丙烯酰胺/（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）单体总量的0.05~0.20%，加入后搅拌时间为10~20 min；

所述过硫酸铵加入质量为丙烯酰胺/（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）单体总量的0.5~2%，加入后搅拌时间为10~20 min。

7.根据权利要求1所述的一种耐高低温的柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述紫外光照引发聚合的时间为1~4 h，温度为室温。