[发明专利]一种复合离子水凝胶组合物及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种复合离子水凝胶组合物及其制备方法与应用，所述复合离子水凝胶组合物的制备方法包括以下步骤：（1）将丙烯酰胺、水溶性高分子化合物和双三氟甲磺酰亚胺盐溶解在水中，形成溶液A；将交联剂溶解在水中，形成溶液B；将引发剂溶解在水中，形成溶液C；（2）将步骤（1）中得到的溶液B和溶液C加入溶液A中，搅拌均匀后倒入模具，加热条件下继续搅拌，待溶液粘稠后进行冷却，得到离子胶水；（3）将步骤（2）中得到的离子胶水进行真空加热干燥，得到所述复合离子水凝胶组合物。

技术领域

本发明涉及一种具有空气稳定性、高离子电导率和粘性的复合离子水凝胶组合物及其制备方法与应用，属于超级电容器领域。

背景技术

2010年以来，可穿戴设备逐渐成为日常生活的重要部分。除智能手表和运动传感装置外，可穿戴设备在健康领域发展出更多功能，包括体温计、血氧计、肌动仪等都已经得到了商业上的应用。然而，许多可穿戴设备的市场化进程在很大程度上仍然受限于商业电池的刚性、不安全性以及与皮肤的不适配性。下一代可穿戴设备需要电源具备柔性，并可以搭配可穿戴设备离线使用。

超级电容器由于高功率密度及良好的稳定性受到关注，将其柔性化后可为可穿戴设备的供能提供支撑。超级电容器柔性化的关键在于电解质，传统的超级电容器多使用液相水系电解液(硫酸、硫酸锂等)作为电解质，其优势在于高离子电导率以及安全性，然而在柔性超级电容器中却存在漏液以及液体挥发等弊端。

水凝胶是亲水性聚合物在水中膨胀形成的，不溶于水。这些材料含水量高，柔韧性好，能强力渗透进入小分子。独特的网络结构使水凝胶具有高离子导电性及优异的生物相容性，可作为电解质的载体，同时也避免了漏液。然而，水凝胶暴露在空气中常常仍会因液体挥发而不稳定，因此需要开发一种空气稳定、高离子电导率的水凝胶电解质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合离子水凝胶组合物及其制备方法，并进一步应用于超级电容器或电池方面。利用本方法制备的复合离子水凝胶组合物具有良好的空气稳定性，以及高离子电导率且具有一定粘性。

具体来说，第一方面，本发明提供了一种复合离子水凝胶组合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将丙烯酰胺、水溶性高分子化合物和双三氟甲磺酰亚胺盐溶解在水中，形成溶液A；将交联剂溶解在水中，形成溶液B；将引发剂溶解在水中，形成溶液C；

(2)将步骤(1)中得到的溶液B和溶液C加入溶液A中，搅拌均匀后倒入模具，加热条件下继续搅拌，待溶液粘稠后进行冷却，得到离子胶水；

(3)将步骤(2)中得到的离子胶水进行真空加热干燥，得到所述复合离子水凝胶组合物。

较佳地，所述水溶性高分子化合物为聚乙烯醇、聚乙二醇、海藻酸钠和羟乙基纤维素中的至少一种；所述双三氟甲磺酰亚胺盐包括双三氟甲磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺钠盐、双三氟甲磺酰亚胺钾盐、双三氟甲磺酰亚胺锌盐和双三氟甲磺酰亚胺镁盐中的至少一种。

较佳地，步骤(1)中，所述丙烯酰胺与水溶性高分子化合物的质量比例为1：(1～0.1)，优选为1：(0.5～0.1)，更优选为1：(0.3～0.15)；所述丙烯酰胺与双三氟甲磺酰亚胺盐的质量比例为1：(1～10)，优选为1：(2～8)，更优选为1：(3～7)。

较佳地，步骤(1)中，所述交联剂为含丙烯酰胺基的化合物，优选为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、3-丙烯酰胺基苯硼酸、或者N,N′-双(丙烯酰)胱胺中的至少一种；更优选为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺、或者3-丙烯酰胺基苯硼酸中的至少一种；最优选为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺；所述溶液B中，交联剂质量与水的体积比例为1g：(0.002～0.02L)，优选为1g：(0.004～0.01L)，再优选为1g：(0.006～0.01L)，最优选为1g：(0.008～0.01L)。