【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构储能，尤其是涉及一种多孔结构水泥固态电解质及其制备方法与应用。
技术介绍
1、结构超级电容器是一种高效的储能元件，因其功率密度高(为电池的10-20倍)、充电时间短、循环寿命长(为电池的20-30倍)、环境友好且具有力学强度等优点，在电化学储能领域备受关注。其中，结构超级电容器中的固态电解质具备一定的结构强度、储能性能以及隔膜功能。
2、目前，现有技术公开了可以使用水泥制备得到固态电解质，因为水泥内部具有一定数量的孔隙结构，可供离子储存和传输，此外具备一定的强度且价格低廉，是一种同时具有结构承载和能量储存功能的固态电解质。然后，水泥固态电解质虽然具备上述诸多优点，但是其孔隙率较低，电极材料与电解质界面接触差，故致使电解质内部离子储存量少，离子扩散速率慢，电极表面吸附的离子数量少，最终使得组装的水泥结构超级电容器的电化学性能无法充分发挥。
3、因此，在本领域中，亟需开发一种多孔水泥固态电解质，优化调控电解质内部的孔结构，扩充离子储存容量，加快离子传输速率，以此解决水泥结构电容器中的水泥固态电解质的离子电导率较低、界面接触差等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种多孔结构水泥固态电解质及其制备方法与应用。本专利技术采用化学发泡法在水泥内部造孔，以碘化钾为激发剂，双氧水为发泡剂，合成三维多孔结构水泥固态电解质，实现了对孔结构的有效调控，提高了电解质的离子电导率，改善了界面接触。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术
3、本专利技术的第一个目的在于提供一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，具体步骤如下：
4、s1、将碘化钾和稳泡剂溶解于水中，搅拌均匀得到混合体系；
5、s2、将步骤s1得到的混合体系加入到水泥中，搅拌均匀得到水泥浆体；
6、s3、在步骤s2得到的水泥浆体中加入发泡剂，搅拌均匀得到水泥浆料；
7、s4、将步骤s3得到的水泥浆料进行浇筑和养护后得到多孔结构水泥固态电解质。
8、进一步地，步骤s1中，所述稳泡剂为硬脂酸钙，所述水为去离子水。
9、进一步地，步骤s1中，所述搅拌方式为磁力搅拌，所述搅拌时间为8s～12s。优选为10s。
10、进一步地，步骤s2中，所述水泥为硅酸盐水泥。
11、进一步地，步骤s2中，所述搅拌时间为1min～3min。优选为2min。
12、进一步地，步骤s3中，所述发泡剂为双氧水。
13、进一步地，步骤s3中，所述搅拌时间为20s～40s。优选为30s。
14、进一步地，步骤s1～s3中，所述碘化钾、稳泡剂、水、水泥和发泡剂的质量比为0.8：0.1～0.5：40：100：5。
15、上述更进一步地，所述碘化钾、稳泡剂、水、水泥和发泡剂的质量比为0.8：0.4：40：100：5。
16、本专利技术的第二个目的在于提供一种多孔结构水泥固态电解质，所述多孔结构水泥固态电解质由上述制备方法制备得到。
17、进一步地，所述多孔结构水泥固态电解质内部呈现多孔结构，具有不规则孔隙通道。
18、上述更进一步地，所述孔隙体积范围为0.25～0.35ml/g，孔隙率范围为21.7％～41.1％，平均孔径范围为64～100nm，多孔结构水泥固态电解质的干密度范围为280～750kg/m3。
19、本专利技术的第三个目的在于提供一种多孔结构水泥固态电解质的应用，所述多孔结构水泥固态电解质用于制备水泥结构超级电容器。
20、进一步地，所述水泥结构超级电容器包括金属层、还原氧化石墨烯层和多孔结构水泥固态电解质，两层所述还原氧化石墨烯层的一侧分别与所述多孔结构水泥固态电解质的上下两侧相接，两层所述还原氧化石墨烯层的另一侧均设有金属层。
21、进一步地，所述水泥结构超级电容器的制备方法如下：
22、s1、将氧化石墨烯浆料均匀涂覆于金属上，高温进行反应，洗涤干燥后得到还原氧化石墨烯复合材料；
23、s2、将碘化钾和稳泡剂溶解于水中，加入到水泥中，再加入发泡剂，搅拌均匀得到水泥浆料；
24、s3、将步骤s2中得到的水泥浆料浇筑于两片还原氧化石墨烯复合材料中间，养护后得到水泥结构超级电容器。
25、上述更进一步地，步骤s1中，所述金属为泡沫镍。
26、上述更进一步地，步骤s3中，所述养护时间为20～30天。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下所示：
28、(1)本专利技术利用化学发泡发成功地合成了多孔水泥固态电解质，这种多孔结构提高了材料的离子电导率。电化学测试表明，多孔水泥固态电解质的离子电导率为20.5ms/cm。碘化钾起到双重作用：第一，作为激发剂提高了多孔水泥固态电解质的孔隙率，从而提升了整体的离子电导率；第二，作为氧化还原活性物质，额外为水泥结构超级电容器提供赝电容，提升电容器的电化学性能。
29、(2)由多孔水泥固态电解质和还原氧化石墨烯复合材料组装的水泥结构超级电容器在电流密度为0.5ma/cm2时的面积比电容为351.5mf/cm2。功率密度为110.6w/kg时，能量密度为21.6wh/kg，当功率密度增加至1106.2w/kg时，能量密度仍可保持13.8wh/kg。在10ma/cm2的电流密度下进行5000次恒流充放电后，其面积比电容保持率高达93.8％，展现出良好的电化学性能。
30、(3)本专利技术所述的多孔水泥固态电解质主要由双氧水、碘化钾和硅酸盐水泥制备而成，并与还原氧化石墨烯复合材料组装成水泥结构超级电容器。工艺流程简单，操作性强，能够实现大规模生产。
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1.一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述稳泡剂为硬脂酸钙，所述水为去离子水；
3.根据权利要求1所述的一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1～S3中，所述碘化钾、稳泡剂、水、水泥和发泡剂的质量比为0.8：0.1～0.5：40：100：5。
4.根据权利要求3所述的一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，所述碘化钾、稳泡剂、水、水泥和发泡剂的质量比为0.8：0.4：40：100：5。
5.一种多孔结构水泥固态电解质，其特征在于，所述多孔结构水泥固态电解质(3)由权利要求1-4中任一所述的制备方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的一种多孔结构水泥固态电解质，其特征在于，所述多孔结构水泥固态电解质(3)内部呈现多孔结构，具有不规则孔隙通道；
7.一种多孔结构水泥固态电解质的应用，其特征在于，由权利要求1-4中任一所述的制备方法制备得到的多孔结构水泥固态电解质(3)用
8.根据权利要求7所述的一种多孔结构水泥固态电解质的应用，其特征在于，所述水泥结构超级电容器包括金属层(1)、还原氧化石墨烯层(2)和多孔结构水泥固态电解质(3)，两层所述还原氧化石墨烯层(2)的一侧分别与所述多孔结构水泥固态电解质(3)的上下两侧相接，两层所述还原氧化石墨烯层(2)的另一侧均设有金属层(1)。
9.根据权利要求7所述的一种多孔结构水泥固态电解质的应用，其特征在于，所述水泥结构超级电容器的制备方法如下：
10.根据权利要求9所述的一种多孔结构水泥固态电解质的应用，其特征在于，步骤S1中，所述金属为泡沫镍；所述养护时间为20～30天。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述稳泡剂为硬脂酸钙，所述水为去离子水；
3.根据权利要求1所述的一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤s1～s3中，所述碘化钾、稳泡剂、水、水泥和发泡剂的质量比为0.8：0.1～0.5：40：100：5。
4.根据权利要求3所述的一种多孔结构水泥固态电解质的制备方法，其特征在于，所述碘化钾、稳泡剂、水、水泥和发泡剂的质量比为0.8：0.4：40：100：5。
5.一种多孔结构水泥固态电解质，其特征在于，所述多孔结构水泥固态电解质(3)由权利要求1-4中任一所述的制备方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的一种多孔结构水泥固态电解质，其特征在于，所述多孔结构水泥固态电...
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