一种可拉伸柔性超级电容器及其制备方法

摘要

本发明涉及一种可拉伸柔性超级电容器及其制备方法，所述可拉伸柔性超级电容器以电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物为电极，以具有高拉伸性和高粘性的聚丙烯酰胺凝胶为电解质，以“三明治”结构组装而成；且所述可拉伸柔性超级电容器在拉伸率高达150％时，其比电容基本保持不变；在电流密度为3mA/cm²时，所述可拉伸柔性超级电容器循环充放电3000次后，其电容衰减小于或等于10％。本发明提供的可拉伸柔性超级电容器的凝胶电解质与柔性电极之间的强粘附性，能够摆脱可拉柔性超级电容器现有组装技术需借助可拉伸基底的束缚，简化了组装工艺。

主权项

一种可拉伸柔性超级电容器，以电化学活性物质/碳基材料的负载型复合物为电极，以聚丙烯酰胺凝胶为电解质，以“三明治”结构组装而成；所述可拉伸柔性超级电容器在拉伸率为150％时，其比电容保持不变；在电流密度为3mA/cm²时，所述可拉伸柔性超级电容器循环充放电3000次后，其电容衰减小于或等于10％；其中，所述聚丙烯酰胺凝胶由主要步骤如下的制备方法制得：(1)首先，在有机锡催化剂及惰性气体存在条件下，以水溶性聚醚二元醇为软段，以二异氰酸酯和二羟基有机酸或其盐为硬段，于有机溶剂中聚合，得到预聚物A；然后，用羟基丙烯酸酯对所得预聚物A进行封端，得到封端预聚物B，再用有机叔胺中和封端预聚物B，得到经中和的封端预聚物B1；最后，将经中和的封端预聚物B1溶于去离子水，除去有机溶剂，得到水溶性丙烯酸酯封端的聚氨酯，其数均分子量为1,000～5,000；(2)将丙烯酰胺、由步骤(1)制得的水溶性丙烯酸酯封端的聚氨酯、水溶性引发剂和去离子水混合，并搅拌均匀，得到混合物；将上述混合物注入平板模具中，在室温及真空条件下，除去气泡，并在真空条件下，于45℃～80℃状态保持4小时至24小时，得到聚丙烯酰胺的交联物；将所得的聚丙烯酰胺的交联物在去离子水中浸泡至少48小时，然后将该交联物除水干燥，再将经干燥的交联物置于无机盐电解质的水溶液中溶胀，控制溶胀度为300％～1000％，得到目标聚丙烯酰胺凝胶；其中，所述的二羟基有机酸或其盐为2,2‑二羟甲基丙酸，2,2‑二羟甲基丁酸或1,2‑二羟基‑3‑丙磺酸钠；所述的羟基丙烯酸酯为式Ⅰ所示化合物；所述的有机叔胺为式Ⅱ所示化合物：式中，R₁为氢或甲基，R₂为由羟基取代的C₁～C₄直链或支链的烷基；R₃～R₅分别独立选自C₁～C₄直链或支链的烷基；水溶性聚醚二元醇与二羟基有机酸或其盐的摩尔比为1:(0.5～2.0)；水溶性聚醚二元醇和二羟基有机酸或其盐中羟基总摩尔数与二异氰酸酯中异氰酸基团的摩尔之比为1:(1.5～2.0)；羟基丙烯酸酯的摩尔数与预聚物A中异氰酸基团的摩尔数之比为1:(0.5～1.0)。