一种一体化阴极与电解质全凝胶锌-空气电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体化阴极与电解质全凝胶锌

【技术实现步骤摘要】
一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
‑
空气电池及制备方法


[0001]本专利技术属于锌
‑
空气电池
，具体涉及一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
‑
空气电池及制备方法。

技术介绍

[0002]随着柔性可穿戴电子产品的发展和兴盛，生产出兼具高能量密度、可靠性和安全性的柔性储能设备势在必行。在各种储能技术中，锌
‑
空气电池因其低廉的成本、环境友好性和较高的理论能量密度(1084Whkg)被认为是极具发展潜力的新型储能器件之一。但传统的锌
‑
空气电池存在的碱性电解液封装后漏液、传统的正极，隔膜和负极的结合方式会使正极与隔膜和负极与隔膜之间都存在界面接触内阻，影响电池的电化学性能。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
‑
空气电池及制备方法，用以解决传统锌
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空气电池封装后漏液、正极与隔膜和负极与隔膜之间都存在界面接触内阻的技术问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术公开了一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：向丙烯酰胺基体中加水搅拌后，加入导电活性物质或导电聚合物、制孔剂、粘结剂并搅拌均匀，后加入交联剂、引发剂和催化剂得到混合溶液，后放入恒温烘箱中进行交联反应，得到导电凝胶；
[0007]S2：向丙烯酰胺基体中加水搅拌后，加入交联剂、引发剂和催化剂并搅拌混合均匀，后放入恒温烘箱中进行交联反应，得到凝胶，将所述凝胶浸泡于碱性锌盐电解液中，得到碱性凝胶电解质；
[0008]S3：将所述导电凝胶烘干并滴加铂碳催化剂，后与所述碱性凝胶电解质界面干交联，得到一体化阴极与电解质全凝胶；
[0009]S4：将所述一体化阴极与电解质全凝胶和打磨后的锌片依次放入模具中，并紧密结合，得到一体化阴极与电解质全凝胶锌
‑
空气电池。
[0010]本专利技术进一步，所述交联剂为N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺；所述催化剂为四甲基乙二胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。
[0011]本专利技术进一步，所述交联反应的温度为50℃
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60℃，所述交联反应的时间为20min
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30min。
[0012]本专利技术进一步，所述S1中，所述导电活性物质为碳纳米管、导电碳、石墨烯中的一种；所述导电聚合物为聚苯胺，聚吡咯，聚(3,4
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乙基二氧噻吩)中的一种。
[0013]本专利技术进一步，所述S1中，所述制孔剂为聚乙二醇
‑
600或聚乙二醇
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1000中的一种；所述粘结剂为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的一种。
[0014]本专利技术进一步，所述S1中，所述导电凝胶中的丙烯酰胺与导电活性物质或导电聚合物、水、制孔剂、粘结剂、交联剂、催化剂及引发剂的质量比为1：(0.02～0.03)：(2.5
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3)：(0.12
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0.15)：(0.025
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0.03)：(0.00025
‑
0.0003)：(0.001
‑
0.0015)：(0.007
‑
0.0073)。
[0015]本专利技术进一步，所述S2中，所述碱性凝胶电解质中的聚丙烯酰胺与水、交联剂、催化剂及引发剂的质量比为1：(2.5
‑
3)：(0.00025
‑
0.0003)：(0.001
‑
0.0015)：(0.007
‑
0.0073)。
[0016]本专利技术进一步，所述S2中，所述碱性锌盐电解液为氢氧化钾和乙酸锌组成的复配溶液；所述氢氧化钾和乙酸锌的质量比为(7
‑
8：1)；所述浸泡的时间为72h
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96h。
[0017]本专利技术进一步，所述S3中，所述铂碳催化剂为铂碳、异丙醇和Nafion溶液组成的复配溶液；所述铂碳的配置用量为1
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1.5mg/cm2，所述异丙醇与Nafion溶液的质量比为(20
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24)：1。
[0018]本专利技术公开了一种采用任意一项所述的制备方法制得的一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术公开的一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池制备方法，首先，利用氢键吸附的界面干交联方法将负载了活性物质的导电凝胶粘结在凝胶电解质的外表面，有效地避免了电池部件之间的界面接触阻抗，并且极大的提高了正极的负载面积的问题，从而可以获得高面积比能量和高体积比能量的一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池。其次，由于导电凝胶与凝胶电解质的网状结构，使电池获得更多的正极材料负载面积，从而提高了由池的面积比能量和体积比能量。最后，利用凝胶电解质代替了普通电池装配过程中的隔膜,节省了隔膜部分的生产成本；加之凝胶电解质代替了液体电解质，在电池内部没有液体流动，不存在电池的漏液问题。另外，在制备过程中电极材料只涉及物理共混和化学聚合两种步骤，省去了传统极片制备过程中的一系类繁琐流程，大大节省了生产成本和生产时间。
[0021]采用本专利技术制备方法制得的一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池，将正极材料和凝胶电解质一体化，不需要传统电池制备所需的隔膜，避免了电极与隔膜之间的界面，进而避免了电池在反复变形过程中引起短路问题，并且减少了界面之间的接触阻抗。所述电池主要由两个凝胶构成，所以具有非常好的柔性，可以实现多次反复弯曲，在柔性便携式电子设备领域有广泛的应用空间。并且在制备过程中不涉及任何大型昂贵的仪器，非常适合锌
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空气电池的大规模商业化生产。
附图说明
[0022]图1中图(a)、(b)分别为本专利技术实施例2的导电凝胶与未加入制孔剂的导电凝胶的扫描电镜图；
[0023]图2为采用本专利技术实施例2和实施例5的一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池在不同电流密度下的恒流放电图；
[0024]图3为转速为1600rpm时实施例2和实施例5的LSV曲线。
具体实施方式
[0025]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
[0026]本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本专利技术的范围，即本专利技术内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：向丙烯酰胺基体中加水搅拌后，加入导电活性物质或导电聚合物、制孔剂、粘结剂并搅拌均匀，后加入交联剂、引发剂和催化剂得到混合溶液，后放入恒温烘箱中进行交联反应，得到导电凝胶；S2：向丙烯酰胺基体中加水搅拌后，加入交联剂、引发剂和催化剂并搅拌混合均匀，后放入恒温烘箱中进行交联反应，得到凝胶，将所述凝胶浸泡于碱性锌盐电解液中，得到碱性凝胶电解质；S3：将所述导电凝胶烘干并滴加铂碳催化剂，后与所述碱性凝胶电解质界面干交联，得到一体化阴极与电解质全凝胶；S4：将所述一体化阴极与电解质全凝胶和打磨后的锌片依次放入模具中，并紧密结合，得到一体化阴极与电解质全凝胶锌
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空气电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂为N,N'
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亚甲基双丙烯酰胺；所述催化剂为四甲基乙二胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾中的一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联反应的温度为50℃
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60℃，所述交联反应的时间为20min
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30min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述导电活性物质为碳纳米管、导电碳、石墨烯中的一种；所述导电聚合物为聚苯胺，聚吡咯，聚(3,4
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乙基二氧噻吩)中的一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S1中，所述制孔剂为聚乙二醇
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600或聚乙二醇
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1000中的一种；所述粘结剂为羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的一种。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨，杨海潮，李培枝，杨晓武，张康，代方方，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：