大豆蛋白水凝胶电解质的制备及在固态超级电容器中的应用

摘要

以大豆蛋白(SPI)和丙烯酰胺(AAm)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,氯化锂为电解质盐,N,N,N,N'-四亚甲基乙二胺(TEMED)为促进剂制备得到大豆蛋白水凝胶电解质,探究了其力学性能以及组装成超级电容器后的电化学性能.研究结果表明:制得的大豆蛋白水凝胶电解质具有优异的弹性以及耐疲劳性能,这是由于SPI纳米颗粒通过塑性变形及相互摩擦耗散外力,聚丙烯酰胺网络维持结构完整.在经历80％的压缩应变循环100次后,应力保持率始终在100％以上,塑性变形率低于7％,能量损耗系数小于0.2.另外,该水凝胶电解质具有较高的离子电导率,可与聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNTs)纸复合电极组装成固态超级电容器.当水凝胶电解质的含水率由60％增加到90％,经GCD方法计算得到固态超级电容器的比电容由58 F/g增加到83 F/g;在1.2 A/g的电流密度下,固态超级电容器的能量密度为3.95～6.86 W·h/kg,功率密度为206.69～226.99 W/kg,与已报道的超级电容器的能量密度和功率密度进行比较,均表现出高能量密度和高功率密度优势,为水凝胶电解质在柔性可压缩储能器件上的应用提供了有效的途径和方法.