[发明专利]一种凝胶电解质及其制备方法和应用

说明书

一种凝胶电解质的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：1)将大豆蛋白和脱脂棉放入容器中，加入离子液体，得到溶解有大豆蛋白和脱脂棉的离子液体；2)制备得到质量浓度为3‑5mg/mL的多壁碳纳米管分散液；3)将离子液体与DMF加入，搅拌均匀，然后加入1)所得的溶解有大豆蛋白和脱脂棉的离子液体和2)所得的多壁碳纳米管分散液，搅拌均匀，然后加入丙烯酰胺、过硫酸铵和N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺、N,N,N’,N’‑四亚甲基乙二胺，然后将混合液倒入聚四氟乙烯模具中，在80℃的恒温恒湿箱中交联聚合24h，即可得到凝胶电解质。本发明采用来源广泛的、可再生的、价格低量的，且含量丰富的高分子材料——脱脂棉和大豆蛋白为原料，具有良好的环境效益。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种凝胶电解质及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器(SC)用于低能量、高功率的器件，是满足高功率脉冲要求的理想选择。SC作为储能装置引起了极大的关注，因为它们具有非常高的功率密度和长的循环寿命。传统的SC通常由两个电极(涂覆在集电器上的活性材料)和液体电解质和隔板组成。基于液体电解质的SC具有若干缺点，例如液体泄漏、自放电、电极腐蚀、体积大、低温操作和难以设计不同形状，这妨碍了它们在便携式微电子器件中的应用。因此，安全、灵活轻便的SC比传统的SC更具吸引力，可为微型机器人、数码相机、移动电话和植入式医疗设备等微型电子系统供电。随后，将聚合物隔膜和液体电解质结合为均相凝胶相的凝胶聚合物电解质(GPE)，表现出更高的离子导电性、更稳定的电化学特性和更优异的机械性能。但到目前为止，大多数GPE都是由水基电解质制成，其缺点是随着水逐渐蒸发，它们的电化学性能会随时间而变化。此外，能量密度受到小电位窗的限制。为了克服这些问题，使用离子液体(ILs)来组成电解质。ILs是在室温(RT)下不含溶剂的液体有机盐。它们仅包含离子，被认为是具有一些有趣特性的“绿色”材料，因为它们是各种有机和无机材料的良好溶剂。它具有高极性、非配位、非挥发性，并且具有可调节的溶解性和混溶性。目前，存在多种具有阳离子和阴离子组合的ILs，但由于其高导电性，咪唑阳离子的ILs特别受关注。使用IL作为EDL超级电容器电解质有许多优点。例如，它们具有非常宽的电压窗和大的固有电容，这使其成为高性能电化学装置的良好材料。

随着研究的深入，固体电解质已成为研究领域的热门话题。包括陶瓷电解质、凝胶聚合物电解质和聚电解质。其中,凝胶聚合物电解质因具有较高的离子电导率(0.0001～0.001S/cm)而应用最为广泛。然而,大多数凝胶聚合物电解质存在强度低、弹性差、压缩易破损等缺陷,从而造成这些超级电容器的压缩能力有限、残余变形大,在反复压缩过程中存在电容退化明显等缺陷。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种凝胶电解质及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种凝胶电解质，以大豆蛋白和脱脂棉为原料，离子液体为反应介质，制备得到用于超级电容器的凝胶电解质。

一种凝胶电解质，由以下方法制备得到：

4)将大豆蛋白和脱脂棉放入容器中，加入离子液体，使其充分混合，在80-100℃加热条件下搅拌4-6小时，冷却到室温，得到溶解有大豆蛋白和脱脂棉的离子液体；

5)将多壁碳纳米管分散在DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶液中，在超声功率为500-1000W下超声分散，制备得到质量浓度为3-5mg/mL的多壁碳纳米管分散液；

6)将离子液体与DMF加入，搅拌均匀，然后加入1)所得的溶解有大豆蛋白和脱脂棉的离子液体和2)所得的多壁碳纳米管分散液，搅拌均匀，然后加入丙烯酰胺、过硫酸铵和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，室温下搅拌一小时，超声除去气泡，然后加入N,N,N’,N’-四亚甲基乙二胺，然后将混合液倒入聚四氟乙烯模具中，在80℃的恒温恒湿箱中交联聚合24h，即可得到凝胶电解质。