[发明专利]一种中空水凝胶柔性超级电容器电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种中空水凝胶柔性超级电容器电极材料的的制备方法，将生物质聚合物基体配成溶液后均匀刷涂于导电模板材料表面，再置于去离子水中再生形成水凝胶，采用电化学沉积在模板材料上沉积一层导电高分子，最后刻蚀掉导电模板材料而得到中空水凝胶柔性超级电容器电极材料，该电极材料具有高强度和超亲水/保水性保证了材料极好的柔韧性和极强的离子吸附性，相互连接的导电高分子结构赋予了材料极好的导电性，独特的中空网络结构提高了材料极的孔隙率和离子传导速率，本发明制备的中空水凝胶柔性超级电容器具有非常优异的电化学性能，通过聚合物溶液种类，可制出具有不同功能性的中空水凝胶超级电容器，在柔性电子器件领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于化工及高分子功能材料技术领域，尤其是一种中空水凝胶柔性超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着全球经济的快速发展，多样化交通通讯工具、电子产品的不断涌现促使人类生活变得越来越便捷，人类对能源的依赖逐渐加强，然而，化石燃料的过度消耗和能源需求日益增长，可持续能源的开发和应用成为社会关注的焦点和科研研究的重点，减缓能量消耗和提高能源存储能力成为人类可持续发展的有效途径，其中，电化学能源的有效储存和将可持续资源转换利用是目前获得可持续能源最主要的两种方式。超级电容器，又叫电化学电容器、超大容量电容器或双电层电容器，是一种介于化学电池与普通传统电容之间，同时又兼具两者特点的新型储能器件，其具有高功率密度、宽工作温度范围、高稳定性和安全性及良好的循环寿命等优越性能，被认为是最有潜力的能源储存设备之一，开展超级电容器的研究工作具有非常大的现实意义和社会效益。目前超级电容器电极材料多为膜材料，粉末或多孔碳材料等。这些材料均存在一定的缺陷，如膜材料的比表面积低，粉末材料的组装过程复杂，多孔碳材料的机械柔性差。

近年来，水凝胶超级电容器电极材料广受关注，水凝胶独特的三维网状结构、高比表面积，可加快电极材料与电解液的接触面积，促进离子的快速移动，能够提供较高倍率性能，其良好的溶胀性能还可増加材料的使用寿命。导电聚合物水凝胶兼具凝胶材料的溶胀亲水性和导电聚合物的电化学活性，是高性能电极材料的理想材料，然而导电聚合物水凝胶的弱机械性能限制了其应用与发展。

纤维素是由世界上最丰富的天然高分子之一，被认为是一种取之不竭，用之不尽的可再生资源。纤维素具有可再生、生物可降解、环境友好、无污染等优点，是工业级可持续材料的主要来源。此外，纤维素具有良好的机械性能，可作为理想的生物质增强材料，至今还没有有关纤维素水凝胶增强导电高分子作为超级电容器电极材料的报道。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种简单高效、节能环保、低成本的中空水凝胶柔性超级电容器电极材料的制备方法，有望推动水凝胶柔性超级电容器的发展，满足柔性电子器件的市场需求。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

一种中空水凝胶柔性超级电容器电极材料的制备方法，其包括如下步骤：

（1）配制聚合物基体溶液

以纤维素为聚合物基体，将其依次浸泡在水、甲醇、二甲基乙酰胺中处理1-1.5 h，然后将聚合物基体溶解在以DMAc/LiCl溶液为溶剂体系的溶液中，得到1-2 wt%的聚合物基体溶液；

其中，所述DMAc与LiCl的比例为92-93 g∶8-7 g；

（2）制备电沉积模板材料

以镍泡沫、铜网或铁网作为导电模板材料，将其清洗除杂后，再在导电模板材料上均匀刷涂一层聚合物溶液后置于去离子水中浸泡，使聚合物溶液在导电模板材料骨架表面均匀再生形成聚合物水凝胶；

当刷涂在导电模板材料上的聚合物溶液为纤维素溶液时，需在去离子水中浸泡至纤维素溶液中的有机溶剂完全被去离子水置换形成再生纤维素水凝胶；

（3）配制电沉积电解液