[发明专利]一种具有离子通道的可自愈水凝胶电解质制备及在全固态超级电容器的应用

说明书

本发明涉及一种以聚乙烯醇为基底在室温下构筑离子通道的制备方法和其作为超级电容器固态电解质的应用。该材料以聚乙烯醇和核苷鸟嘌呤为主要原材料，同时加入硼酸与聚乙烯醇链交联，加入氢氧化电解液，在室温下自然聚合，形成凝胶。将该材料作为固态电解质应用在超级电容器中，具有离子导电率高、可弯折性好，自愈能力强等特点。所述材料制备方法简单，为广泛生产应用提供一种可能。

【技术领域】

本发明属于凝胶电解质的制备领域，尤其涉及含有离子通道的自愈性水凝胶电解质的制备及其在超级电容器上的应用。

【背景技术】

超级电容器作为一种优异的储能器件，由于其功率密度高，充放电速度快以及循环稳定性好等优势在储能器件上独树一帜，结合了传统电池和传统电容器的优势，具有广阔的市场前景。可穿戴器件和便携电子产品的快速发展对超级电容器提出更多要求。超级电容器的电解质包括液态电解质和固态电解质两大类。其中由于液态电解质存在漏液危险以及电压范围不够宽等因素，严重限制了超级电容器的广泛应用。而固态电解质可以有效避免因压力、弯折等问题导致超级电容器无法正常工作的问题，在未来柔性可穿戴器件及人工智能领域有巨大发展前景。

水凝胶电解质是一种具有多功能结构的高分子聚合物，其保持着良好的骨架结构，锁水功能强大，能有效的防止漏液等不良情况的发生，安全系数高。然而目前报道的凝胶电解质大部分为基于高分子的聚合物凝胶，导电性较差。如果在凝胶电解质中引入离子通道，可以使离子在其内部结构中自由穿梭，提高离子导电率，可有效解决液体电解质和高分子电解质的问题，同时扩展超级电容器的实际应用。

鉴于以上原因，特提出本发明。

【发明内容】

针对现有技术的不足，本发明的目的之一是设计合成了一种新型具有离子通道的高分子-超分子水凝胶电解质。该水凝胶是一种基于聚乙烯醇-核苷鸟嘌呤的水凝胶电解质，其制备方法简单，利用聚乙烯醇的成凝特性，鸟嘌呤之间的氢键作用，G-四分体的堆叠作用，合成了一种具有离子通道结构的可自愈性水凝胶。

本发明的目的之二是提供一种所述的具有离子通道的可自愈水凝胶电解质的制备方法，其步骤如下：

1、首先将一定量的聚乙烯醇溶于水中加热使其溶解为澄清溶液，向其中逐滴滴加KOH溶液；

2、将适量的核苷鸟嘌呤与KOH和H₃BO₃混合溶于水中加热使其溶解完全；

3、将步骤2中所得的溶液趁热加入到步骤1所得的溶液中，混合后自然聚合即得到具有离子通道的可自愈水凝胶电解质。向其中引入鸟苷，四个鸟苷通过氢键形成G-四分体，平面的G-四分体通过堆积作用形成离子通道。将离子通道引入聚乙烯醇的凝胶中，可改善高分子凝胶的导电性差的问题，同时提具有自愈性。该电解质具有导电性好，可弯折性，自愈性等特点，在固态超级电容器中有巨大发展潜力。

所述步骤1的聚乙烯醇为0.15g，KOH的质量为0.6g，去离子水的总体积为4mL，加热温度为70℃～90℃。

所述步骤2的核苷鸟嘌呤质量为120-200mg，H₃BO₃质量为12.4mg，KOH质量为34mg，溶液体积为4mL。

本发明的目的之三是提供了一种所述的具有离子通道的可自愈凝胶作为超级电容器电解质的应用，

步骤一：活性物质为活性炭，导电剂为导电炭黑，粘结剂为聚四氟乙烯乳液，质量比为8:1:1。加入适量乙醇，超声30～60min后放入烘箱中干燥。以处理好的泡沫镍为集流体，将活性物质粘附在集流体上；

步骤二：将制备好的复合水凝胶电解质和活性电极材料采用面对面的形式组装成三明治状的全固态超级电容器。

与现有技术相比，本发明具有以下主要优点和有益效果：