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专利号: 2016109647016
申请人: 齐鲁工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-11-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种聚吡咯膜基超级电容器,其特征在于,所述超级电容器为卷绕式,从外到内依次为紧密卷绕的绝缘纸、第一聚吡咯膜基柔性电极、固体电解质和第二聚吡咯膜基柔性电极;

所述聚吡咯膜的结构单元为:

其中n为52~56,Mw/Mn为1.5~2.5;

所述聚吡咯膜的厚度为130 300 nm;

~

所述聚吡咯膜,在波长200–800 nm的紫外-可见光范围内,分别在320、440、463和540 nm处有吸收峰;

所述聚吡咯膜,其红外光谱的特征吸收频率为1545 cm–1、1466 cm–1、1305 cm–1、1182 cm–1、1092 cm–1、1043 cm–1、915 cm–1、787 cm–1、和678 cm–1;

所述聚吡咯膜的制备方法,包括下列步骤:a. 将水置于容器中,冷冻,使形成一光滑、平整的冰面;

b. 将预冷的氧化剂水溶液倾倒在步骤a的冰面上,冷冻,使形成一光滑、平整的含氧化剂的冰层;

c. 将吡咯单体溶解在有机溶剂中,预冷,然后将其倾倒在步骤b的含氧化剂的冰层表面,冷冻条件下保持5 min到6 h,得冰支撑的聚吡咯膜;

d. 使聚吡咯膜下面的冰层融化,使膜与冰层剥离,将膜水洗,冷冻干燥,得自持聚吡咯膜。

2.如权利要求1所述的聚吡咯膜基超级电容器,其特征在于,所述第一聚吡咯膜基柔性电极和第二聚吡咯膜基柔性电极的四周沿膜边缘涂覆一圈水性绝缘漆;所述第一聚吡咯膜基柔性电极和第二聚吡咯膜基柔性电极的结构完全相同。

3.如权利要求1或2所述的聚吡咯膜基超级电容器,其特征在于,所述聚吡咯膜基超级电容器的面积比容量为46 151 mF cm–2;

~

所述聚吡咯膜基超级电容器的体积比容量为5 17 F cm–3;

~

所述聚吡咯膜基超级电容器的体积比能量为1.37 2.32 mW h cm–3;

~

所述聚吡咯膜基超级电容器的体积比功率不少于110 mW cm–3。

4.如权利要求1或2所述的聚吡咯膜基超级电容器,其特征在于,所述聚吡咯膜基柔性电极,采用导电胶将聚吡咯膜粘贴在石墨纸上得到;所述聚吡咯膜基柔性电极的面积比容量为209 599 mF cm–2;所述聚吡咯膜基柔性电极的体积比容量为70 200 F cm–3。

~ ~

5.如权利要求3所述的聚吡咯膜基超级电容器,其特征在于,所述聚吡咯膜基柔性电极,采用导电胶将聚吡咯膜粘贴在石墨纸上得到;所述聚吡咯膜基柔性电极的面积比容量为209 599 mF cm–2;所述聚吡咯膜基柔性电极的体积比容量为70 200 F cm–3。

~ ~

6.如权利要求1所述的聚吡咯膜基超级电容器,其特征在于,步骤a中所述的冷冻是指将水在其冰点以下至–20 °C以上的温度范围内放置6   12 h;

~

步骤a中的容器,其表面积S为0.001 0.02 m2;步骤a中所述的冰,其厚度为0.2   1 cm;

~ ~

步骤a中所述光滑、平整冰面是通过往水中添加少量低表面能、水溶性有机溶剂获得的;低表面能、水溶性有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、丁酮、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯或者由它们中的两种以上形成的混合物;低表面能、水溶性有机溶剂与水的体积之比为(1 2) : 500;

~

步骤b中所述的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾、氯化铁、硝酸铁、硫酸铁或它们的混合物;

步骤b中所述的氧化剂水溶液,其体积为0.1S   0.3S L;步骤b中所述的氧化剂水溶~液,其溶液pH为1 4;步骤b中所述的氧化剂水溶液,其中氧化剂的浓度为0.037   0.83 ~ ~mol/L;

步骤b中所述的冷冻是指在–2   –20 °C温度范围内放置2   6 h;

~ ~

步骤b中所述的预冷是指将氧化剂水溶液的温度降至0   5 °C之间;

~

步骤c中所述的有机溶剂,包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯或者由它们中的两种以上形成的混合物;步骤c中所述的有机溶剂,其体积为

0.02S   0.06S L;

~

步骤c中所述的吡咯,其物质的量与步骤b中氧化剂的物质的量之比为(0.67   5) : ~

1;

步骤c中所述的预冷是指将溶解吡咯的有机溶剂的温度降至0   5 °C之间;

~

步骤c中所述的冷冻条件为温度在–2   –20 °C之间;

~

步骤d中使聚吡咯膜下面的冰层融化为,用水使聚吡咯膜下面的冰层融化;具体为,用适量蒸馏水冲洗聚吡咯膜,使膜与冰层剥离。

7.如权利要求1 6任一项所述的聚吡咯膜基超级电容器的制备方法,其特征在于,步骤~如下:

(1)聚吡咯膜基柔性电极的制备:

裁剪聚吡咯膜,使尺寸为x cm × y cm;其中,x = 1 4;y = 1 4;

~ ~

采用导电胶将尺寸为x cm × y cm的聚吡咯膜粘贴在尺寸为(x + 0.5 2) cm × y ~cm的石墨纸上,待导电胶干燥后即可;

(2)在聚吡咯膜基柔性电极的聚吡咯膜四周沿膜边缘涂覆一圈宽度为2 5 mm的水性绝~缘漆,室温下放置2 4 h;

~

(3)在上述聚吡咯膜基柔性电极的聚吡咯膜表面涂覆固体电解质,室温下放置2 4 h;

~

(4)取两片步骤(1)所得电极,将涂覆固体电解质的面对叠、压实;

(5)在两片对叠的工作电极下面放置绝缘纸;

(6)沿绝缘纸朝外的方向卷曲,绝缘纸末端和石墨纸接触处采用绝缘胶密封,得卷绕式聚吡咯膜基超级电容器。

8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述导电胶为银浆;步骤(1)中所述石墨纸,其厚度为0.03 0.3 mm;

~

步骤(2)中所述水性绝缘漆为水性聚氨酯;

步骤(3)中所述固体电解质选自聚乙烯醇/硫酸、聚乙烯醇/磷酸或它们的混合溶液;

步骤(5)中绝缘纸为硫酸纸或青稞纸;步骤(5)中绝缘纸的尺寸为x cm × (y + 0.5~

2) cm;其中,x = 1 4;y = 1 4。

~ ~

9.如权利要求8所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,聚乙烯醇:98 wt.%浓硫酸或

80 wt.%浓磷酸:水的质量比为1:1:(8 12)。

~

10.如权利要求1 6任一项所述聚吡咯膜基超级电容器的用途,或者如权利要求7 9任~ ~一项所述的方法制备的聚吡咯膜基超级电容器的用途,用于柔性可穿戴式及便携式功能化电子器件。