[发明专利]一种乳液、乳液凝胶电解质、气凝胶及制备方法和应用

说明书

本公开属于能源器件技术领域，具体涉及一种乳液、乳液凝胶电解质、气凝胶及制备方法和应用，所述乳液为水包油乳液，其中，油相为分散有上转换纳米材料的癸烷溶液，水相含有可聚合的离子液体。基于该乳液制备的凝胶电解质和气凝胶电极材料，极大地提高了超级电容器的电化学性能。

技术领域

本公开属于能源器件技术领域，具体涉及一种乳液、乳液凝胶电解质、气凝胶及制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型、绿色储能装置，具有功率密度高，快速充放电和长循环寿命等优点，因此在信息技术、消费电子以及电动汽车等方面具有广阔的应用。一个完整的双电层超级电容器由两个电极组成，两个电极之间用电解质连接。根据超级电容器的不同需求，电解质和电极材料的选择是至关重要的。首先对于电解质来说，与传统的液体电解质相比，固态电解质不仅避免了泄漏和挥发等安全问题，而且大大降低了封装成本，为新型器件的配置提供了更多的设计方式。

然而，固态电解质在电容器中的应用受到一定的限制，因为室温下大多数固态电解质的电导率较低，电极/电解质之间的接触情况很差。传统的凝胶聚合物电解质存在离子电导率较低、扩散能力较差的问题，从而导致电容器的比容量和能量密度较低。其次，电极材料的制备也至关重要。传统的电极材料具有较高的电阻，严重降低了电容器的能量输出，从而无法获得高性能的超级电容器。因此，如何通过对电解质和电极材料的改进，来提高超级电容器的电化学性能成为亟待解决的技术问题。

发明内容

发明人发现，基于离子液体构筑凝胶聚合物电解质有利于解决上述问题。离子液体作为溶剂与传统的水或有机溶剂相比，除了具有不易挥发、不燃烧、热稳定性好等优势外，还具有高离子导电性、宽电化学窗口等优点。同时，三维多孔结构为电极材料提供了大的比表面积，分层多孔结构加速了电解质离子的浸入，而且，多孔结构可以促进电子的传输，导致低电阻和高电容。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本公开提供了一种乳液、乳液凝胶电解质、气凝胶及制备方法和应用，基于该乳液制备的凝胶电解质和气凝胶电极材料，极大地提高了超级电容器的电化学性能。

具体地，本公开的技术方案如下所述：

在本公开的第一方面，一种乳液，所述乳液为水包油乳液，其中，油相为分散有上转换纳米材料的癸烷溶液，水相含有可聚合的离子液体。

在本公开的第二方面，一种乳液的制备方法，包括：将上转换纳米材料分散于癸烷中，然后，加入离子液体水溶液，均质即得水包油乳液；进一步地，所述离子液体的浓度为0.36-3.3mol/L；进一步地，所述上转换纳米材料的质量分数为0.8±0.05％；进一步地，均质时间为3-5分钟。

在本公开的第三方面，一种乳液凝胶电解质，所述乳液凝胶电解质由所述的乳液或所述乳液的制备方法制得的乳液、交联剂和离子液体，在引发剂的作用下聚合交联形成；所述离子液体的碳链数量在4-14之间。

在本公开的第四方面，一种气凝胶，所述气凝胶由所述的乳液或所述乳液的制备方法制得的乳液、交联剂和离子液体，在引发剂的作用下聚合交联形成乳液凝胶，随后将该乳液凝胶冷冻干燥获得气凝胶；所述离子液体的碳链数量在4-14之间。

在本公开的第五方面，一种电极材料，所述电极材料为所述的气凝胶。

在本公开的第六方面，一种固态电池，包括正极、负极以及设置于所述正极和负极之间、且与所述正极和负极分别接触设置的固态电解质，所述固态电解质为所述的乳液凝胶电解质。

在本公开的第七方面，一种超级电容器，包括正电极、固态电解质和负电极，所述固态电解质为所述的乳液凝胶电解质。