一种柔性超级电容器及其制备方法_4

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循环测试表明,该柔性超级电容器充放电循环7000次后的电容保持率为92%。
[0085]实施例7
[0086](I)制备聚乙烯醇水凝胶薄膜:首先将2g聚乙烯醇高分子加入1mL含有0.5molL 1硫酸的水溶液中,电磁搅拌下加热至95°C,保持I小时,直至溶液变得澄清,得到高分子与电解质溶液的混合溶液。然后,将上述溶液冷却至5°C。将2ml含量为5%体积比的戊二醛水溶液加入上述溶液中,搅拌20s,并迅速将混合溶液倒入Φ90πιπι的圆形表面皿,约1s后混合溶液失去流动性,凝胶化完成。将薄膜揭下,形成厚度为2mm的水凝胶电解质薄膜。
[0087](2)制备具有三明治结构的集成式导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶:向40mL的浓度为ImolL 1的HClOjK溶液中加入苯胺单体(国药集团化学试剂有限公司,分析纯),使其浓度为0.0lmolL 1O向该溶液中放入一片40 X 40mm,厚度为2mm的聚乙烯醇化学水凝胶薄膜,然后再加入氧化剂过硫酸铵,使溶液浓度为0.0067molL ^在5°C的温度下,搅拌反应12小时。反应后取出薄膜,并用浓度为0.1molL 1的HClO 4溶液将该样品洗涤5次,每次此104溶液用量20mL,得到导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶。复合水凝胶薄膜具有导电聚合物-水凝胶-导电聚合物的三明治结构,其中单个聚苯胺层厚度为100微米,通过对比相同面积的干燥复合水凝胶与干燥PVA水凝胶,可获得聚苯胺的负载含量为0.12mg/cm2。
[0088](3)浇铸PDMS薄膜:采用康宁公司Sylgard 184聚二甲基硅烷产品,取10克基本组分液体(base)和I克固化剂液体(curing agent)混合,并用玻璃棒搅拌均勾。然后将混合液放置于真空容器内,抽真空20分钟,去除其中气泡。然后倒入Φ90πιπι的玻璃表面皿内,放入烘箱,在80°C下保持2个小时使其固化。然后揭下PDMS柔性薄膜,厚度为0.1mm。
[0089](4)制备柔性超级电容器的器件:剪取面积为10X30mm的复合水凝胶薄膜,在其上下两面分别放置两块10X60mmX0.1mm的碳纤维布作为集流体,制成集流体-复合水凝胶-集流体的毛坯。然后将两片步骤(3)制得的聚二甲基硅烷PDMS薄膜分别放置于集流体-复合水凝胶-集流体毛坯的上下两面,采用硅橡胶作为粘结剂将两片PDMS粘合。将上述封装的器件放置于夹具中,常温放置24小时使其固化完全,得到柔性的超级电容器。采用电化学工作站(上海辰华660C),经过恒流充放电测试表明,该柔性超级电容器的电容容量为21mF/cm2;经过恒流充放电循环测试表明,该柔性超级电容器充放电循环7000次后的电容保持率为89%。
[0090]实施例8
[0091](I)制备聚乙烯醇水凝胶薄膜:首先将0.5g聚乙烯醇高分子加入15mL含有0.5molL-l硫酸的水溶液中,电磁搅拌下加热至95°C,保持I小时,直至溶液变得澄清,得到高分子与电解质溶液的混合溶液。然后,将上述混合溶液冷却至5摄氏度。将2ml含量为5%体积比的戊二醛水溶液加入上述溶液中,搅拌20s,并迅速将溶液倒入Φ90πιπι的圆形表面皿,约1s后混合溶液失去流动性,凝胶化完成。这时可将薄膜揭下,形成厚度为1.5mm的水凝胶电解质薄膜。
[0092](2)制备具有三明治结构的集成式导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶:向40mL的浓度为ImolL1的HClOyK溶液中加入苯胺单体(国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯),使溶液浓度为0.0lmolL 1O向该溶液中放入一片40 X 40mm,厚度为2mm的聚乙烯醇化学水凝胶薄膜,然后再加入氧化剂过硫酸铵,使溶液浓度为0.0067molL 1O在5°C的温度下,搅拌反应12小时。反应后取出薄膜,并用浓度为0.1molL 1的HClO 4溶液将该样品洗涤5次,每次HClO4溶液用量为20mL,得到导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶。复合水凝胶薄膜具有导电聚合物-水凝胶-导电聚合物的三明治结构,其中单个聚苯胺层厚度为100微米,通过对比相同面积的干燥复合水凝胶与干燥PVA水凝胶,可获得聚苯胺的负载含量为0.12mg/cm2ο
[0093](3)制备柔性超级电容器的器件:剪取面积为10X30mm的复合水凝胶薄膜,在其上下两面次分别涂覆聚苯撑二氧噻吩(PED0-TPSS)溶液,待其干燥后作为高分子集流体,制成集流体-复合水凝胶-集流体的毛坯。然后将两片0.1mm厚聚酰亚胺(PI)分别放置于集流体-复合水凝胶-集流体毛坯的上下两面侧,采用硅橡胶将两片聚酰亚胺PI粘合。将上述封装的器件放置于夹具中,常温放置24小时使其固化完全,得到柔性的超级电容器。采用电化学工作站(上海辰华660C),经过恒流充放电测试表明,该柔性超级电容器的电容容量为21mF/cm2;经过连续恒流充放电循环测试表明,该柔性超级电容器充放电循环7000次后的电容保持率为89%。
[0094]实施例9
[0095](I)制备聚乙烯醇水凝胶薄膜:首先将4g聚乙烯醇高分子加入40mL含有0.1molL 1硫酸的水溶液中,电磁搅拌下加热至95°C,保持I小时,直至溶液变得澄清,得到高分子与电解质溶液的混合溶液。然后,将上述溶液冷却至I摄氏度。将4ml含量为5%体积比的戊二醛水溶液加入上述溶液搅拌20s,并迅速将溶液倒入Φ90πιπι的圆形表面皿,约1s后混合溶液失去流动性,凝胶化完成、。这时将薄膜揭下,形成厚度为5mm的水凝胶电解质薄膜。
[0096](2)制备具有三明治结构的集成式导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶:向40mL的浓度为ImolL1的HClOyK溶液中加入苯胺单体(国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯),使其浓度为0.0lmolL 1O向该溶液中放入一片40X40mm,厚度为2mm的聚乙烯醇化学水凝胶薄膜,然后再加入氧化剂过硫酸铵,使溶液浓度为0.0067molL ^在5°C的温度下,搅拌反应48小时。反应后取出薄膜,并用浓度为0.1molL 1的HClO 4溶液将该样品洗涤5次,每次HClO4溶液用量为20mL,得到导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶。复合水凝胶薄膜具有导电聚合物-水凝胶-导电聚合物的三明治结构,用厚度规测试水凝胶薄膜其总厚度为5_。其中单个聚苯胺层厚度为300微米,通过对比相同面积的干燥复合水凝胶与干燥PVA水凝胶,可获得聚苯胺的负载含量为0.15mg/cm2。
[0097](3)柔性超级电容器的器件制备:剪取面积为10X30mm的复合水凝胶薄膜,在其两面分别涂覆聚苯撑二氧噻吩(PED0-TPSS)溶液,待其干燥后作为高分子集流体,制成集流体-复合水凝胶-集流体的毛坯。然后将两片0.1mm厚的聚酰亚胺(PI)分别放置于集流体-复合水凝胶-集流体毛坯的上下两面,采用硅橡胶将两片PI粘合。将上述封装的器件放置于夹具中,常温放置24小时使其固化完全,得到柔性的超级电容器。采用电化学工作站(上海辰华660C),经过恒流充放电测试表明,该柔性超级电容器的电容容量为21mF/cm2;经过连续恒流充放电循环测试表明,该柔性超级电容器充放电循环7000次后的电容保持率为89%。
[0098]实施例10
[0099](I)制备聚乙烯醇水凝胶薄膜:首先将Ig聚乙烯醇高分子加入15mL含有0.1molL 1硫酸的水溶液中,电磁搅拌下加热至95°C,保持I小时,直至溶液变得澄清,得到高分子与电解质溶液的混合溶液。然后,将上述溶液冷却至I摄氏度。将2ml含量为5%体积比的戊二醛水溶液加入上述溶液搅拌20s,并迅速倒到一个不锈钢平板上,采用刮刀将混合溶液刮平,刮刀与平板基底厚度为200微米。将薄膜揭下,形成厚度为100微米的水凝胶电解质薄膜。
[0100](2)制备具有三明治结构的集成式导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶:向40mL的浓度为ImolL1的HClOyK溶液中加入苯胺单体(国药集团化学试剂有限公司生产,分析纯),使其浓度为0.0lmolL 1O向该溶液中放入一片40 X 40mm,厚度为200 μ m的聚乙烯醇化学水凝胶薄膜、,然后再加入氧化剂过硫酸铵,使溶液浓度为0.0067molL 1O再在溶液中加入5mL乙醇,避免溶液在低温下结冰。在-10°C的冰盐浴温度下,搅拌反应6小时。反应后取出薄膜,并用浓度为0.1molL 1的HClO 4溶液将该样品洗涤5次,每次HClO 4溶液用量为20mL,得到导电聚合物-聚乙烯醇复合水凝胶。复合水凝胶薄膜具有导电聚合物-水凝胶-导电聚合物的三明治结构,用厚度规测试水凝胶薄膜其总厚度为200微米。其中单个聚苯胺层厚度为100微米,通过对比相同面积的干燥复合水凝胶与干燥PVA水凝胶,可获得聚苯胺的负载含量为0.12mg/cm2。
[0101](3)制备柔性超级电容器的器件:剪取面积为10X30mm的复合水凝胶薄膜,在其两次分别涂覆聚苯撑二氧噻吩(PED0-TPSS)溶液,待其干燥后作为高分子集流体,制成集流体-复合水凝胶-集流体的毛坯。然后将两片0.1mm厚的聚酰亚胺(PI)分别放置于集流体-复合水凝胶-集流体毛坯的上下两面,采用硅橡胶作为粘结剂将两片聚酰亚胺PI粘合。将上述封装的器件放置于夹具中,常温放置24小时使其固化完全,得到柔性的超级电容器。采用电化学工作站(上海辰华660C),经过恒流充放电测试表明,该柔性超级电
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