[发明专利]一种PAMPS/PHEMA/PEDOT水凝胶聚电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种PAMPS/PHEMA/PEDOT水凝胶聚电解质及其制备方法与应用，该水凝胶聚电解质以AMPS、HEMA共同聚合形成的PAMPS/PHEMA为网络骨架，掺杂的EDOT单体在PAMPS/PHEMA中聚合生成PEDOT，所述水凝胶聚电解质中PAMPS、PHEMA、PEDOT的质量比为1：(7~9)：(0.03~0.04)。该水凝胶聚电解质的制备以MBA为交联剂，以KPS为引发剂，对AMPS和HEMA进行聚合反应，形成的AMPS/PHEMA在EDOT/NaPSS乳浊液中浸润完全后置于Fe(NO₃)₃中反应，随后EDOT单体发生聚合形成PAMPS/PHEMA/PEDOT。PAMPS/PHEMA/PEDOT与H₂SO₄溶液，活性炭电极组成柔性超级电容器。本发明制备工艺简单，所得水凝胶聚电解质具有良好的离子电导率，优异的电化学性能，对超级电容器的比电容、功率密度和能量密度有较大提升；而且具有良好的柔韧性和可塑性，安全环保可用于柔性超级电容器。

技术领域

本发明属于超级电容器电解质技术领域，具体涉及一种水凝胶聚电解质及其制备方法与应用。

背景技术

能源的开采与利用，是一个国家的经济发展重要的支柱和动力，经济的发展高度依赖于对能源的消耗。放眼全球，各大经济体以及广大发展中国家对能源的需求量均日渐增多，同时在时代发展的推动下，能源的种类也不断地进行着更新换代。在解决新型能源开发以及利用方面的一系列问题时，人们对储能设备的要求也水涨船高。超级电容器近年来正在加速发展，相比于锂离子电池，超级电容器具有更高的功率密度、迅速的充放电过程、较长的循环寿命；相比于传统的电介质电容器，超级电容器更加轻盈小型化，而且也具有更大的储能容量。其中柔性超级电容器因具备可折叠性、可塑形性等优点而成为当前发展的焦点。但是柔性超级电容器对电极材料、电解质膜材料具有更高的要求。

目前，用于超级电容器的水凝胶聚合物电解质主要以聚乙烯醇为基材，该类水凝胶聚电解质能达到较高的比电容，但力学性能不高，不能作可折叠性、可压缩的柔性材料。随着对水凝胶聚电解质材料研究的深入，PAMPS、PHEMA、PEDOT被陆续引入用于解决力学性能与电化学性能方面的问题，但是如何通过单体聚合将三者有机结合，实现高离子电导率、高比电容、高能量密度，同时又满足柔韧性和可塑性的要求还有待研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PAMPS/PHEMA/PEDOT水凝胶聚电解质及其制备方法与应用，具有较高的离子电导率和高比电容，又较好的柔韧性和可塑性，在柔性超级电容器领域具有较好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种PAMPS/PHEMA/PEDOT水凝胶聚电解质，所述水凝胶聚电解质以AMPS、HEMA共同聚合形成的PAMPS/PHEMA为网络骨架，掺杂的EDOT单体在PAMPS/PHEMA中聚合生成PEDOT，所述水凝胶聚电解质中PAMPS、PHEMA、PEDOT的质量比为1：(7~9)：(0.03~0.04) 。

其中，PAMPS为聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）；PHEMA为聚甲基丙烯酸羟乙酯；PEDOT为聚（3,4-乙烯二氧噻吩）；AMPS为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸；HEMA为甲基丙烯酸羟乙酯；EDOT为3,4-乙烯二氧噻吩。

所述PAMPS/PHEMA为性能较为优异的水凝胶聚电解质，在其中引入PEDOT的方式增强了水凝胶聚电解质的离子电导率和电化学性能，提升了超级电容器的比电容、功率密度和能量密度。而且，最终形成的PAMPS/PHEMA/PEDOT为一种三维亲水性网状高分子聚合物的水凝胶聚电解质，该聚电解质可以吸收大量水分并保持溶胀但不溶解，并且价格低廉、绿色无污染。

一种如上所述的PAMPS/PHEMA/PEDOT水凝胶聚电解质的制备方法，包括以下步骤：