【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑结构储电材料，具体涉及石膏基结构电解质及其制备方法和应用的电池。
技术介绍
1、新型建筑结构储电材料(如水泥基驻极体、热电材料、超级电容器和电池等)对光伏、风电和压电等绿色电力的大规模储存、调蓄以及零能耗建筑的发展具有十分重要的意义，也是目前国内外关注的焦点。电极和电解质是建筑结构储电材料的基本组成部分，其中电解质不仅负责离子或载流子的输运，而且赋予建筑结构储电材料一定的结构承载能力，对其整体性能的发挥至关重要。
2、目前以普通硅酸盐水泥制备的结构电解质材料普遍存在工作电压偏低、离子电导率不高和充放电循环稳定性差的问题。这是因为，水泥水化后整体呈现多孔隙(气孔、毛细孔和凝胶孔)、高碱度(ph≈13.5)和复杂离子(ca2+、mg2+、na+、k+、cl-、so42-等)环境，而水泥中的c-s-h凝胶孔对大部分离子都具有较强的吸附作用，从而影响电解质中特征导电离子的稳定传输；同时强碱性环境使得电解质容液的电化学窗口变窄，工作电压降低；此外水泥基电池内阻增加、能量密度降低和充放电循环稳定性变差因此，如何提升电池结构电解质中离子或载流子的传输效率，提高整体储电性能，降低目前以混凝土电池为代表的建筑结构电池的内阻、提高储能密度和循环稳定性，是目前亟待突破的技术难题。
技术实现思路
1、基于以上问题，本专利技术提供石膏基结构电解质及其制备方法和应用的电池，能够提升电解质离子传输效率，同时还能提升石膏基电解质的耐水性能和结构强度；ca2+与离子聚合物支链极性基团形
2、为实现上述技术效果，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种石膏基结构电解质，按照重量份计，包括：石膏胶凝材料80～120份、聚合物乳液2～6份、电解质溶液30～40份、发泡剂0.1～5.0份；所述电解质溶液为硝酸锂、氢氧化锂和三氟甲磺酸锂的混合水溶液，该电解质溶液的ph值为6～10，三氟甲磺酸锂的摩尔浓度为1～10mol/kg。
4、进一步地，所述石膏胶凝材料包括β型建筑石膏、α型高强石膏、ⅱ型硬石膏中的一种或多种；所述聚合物乳液为聚偏二氟乙烯乳液、聚氧化乙烯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈乳液中的一种或多种，所述聚合物乳液的有效固体质量百分数≧55％；所述发泡剂为双氧水、松香皂类和蛋白类发泡剂中的一种或多种，且蛋白类发泡剂的用量为0.1～1.0份，松香皂类发泡剂用量为1～2份，双氧水发泡剂用量为2～5份。
5、为实现上述技术效果，本专利技术还提供了一种石膏基结构电解质制备方法，用于制备所述的石膏基结构电解质，包括：
6、将石膏胶凝材料、电解液和聚合物乳液混合搅拌均匀形成初级浆料，并向初级浆料中加入发泡剂或泡沫，搅拌形成匀质浆体；
7、对匀质浆体进行浇筑成型，然后经静养、自然养护后，脱模后即得到石膏基结构电解质材料。
8、进一步地，所述匀质浆体的制备方法包括：将蛋白类发泡剂与去离子水混合，进行物理发泡制备泡沫，然后向初级浆料中加入泡沫，搅拌形成匀质浆体，物理发泡产生的泡沫密度为40～60g/l；或者在初级浆料制备过程中加入双氧水或松香皂类发泡剂，搅拌形成匀质浆体。
9、进一步地，石膏胶凝材料、电解液和聚合物乳液混合搅拌过程中，搅拌速度为200～300rad/min，搅拌时间为30s～60s；搅拌形成匀质浆体过程中，搅拌速度为100～150rad/min，搅拌时间为1～2min。
10、进一步地，所述s3步骤中的静养时间为2～5min，自然养护温度为室温，湿度为40～90％rh，养护时间为12～24h。
11、为实现上述技术效果，本专利技术还提供了一种石膏基结构电池，所述石膏基结构电池应用了所述的石膏基结构电解质，所述石膏基结构电池包括包括正极材料、负极材料，所述石膏基结构电解质位于正极材料和负极材料之间，且所述石膏基结构电解质分别与所述正极材料、所述负极材料接触，所述正极材料、所述负极材料上分别设置有用于与外电路电性连接的集流体。
12、进一步地，所述正极材料、所述负极材料的厚度分别为石膏基电解质材料厚度的0.1～1倍。
13、进一步地，所述正极材料、所述负极材料均由石膏胶凝材料40～80份、导电材料0.5～10份、活性物质20～50份、去离子水30～40份、减水剂0.1～0.3份、聚合物乳液1～3份混合后成型养护得到；所述活性物质为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴酸锂、三元锂中的一种。
14、进一步地，所述集流体为碳纤维网格布、导电金属片、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过通过添加发泡剂和离子聚合物，利用产生的孔结构渗流网络和离子聚合物网络形成高效的离子传输双通道，提升电解质离子传输效率，同时还利用疏水的离子聚合物网络提升石膏基电解质的耐水性能和结构强度；此外，石膏电离产生的钙离子(ca2+)可以优先与电解液中的阴离子基团([otf]-)配位，使更多li+释放出来，提高载离子浓度，同时ca2+与离子聚合物支链极性基团形成配位，可以阻止离子聚合物的结晶化，提高无定形区和高弹区的比例，二者共同作用提升电极材料内部离子传输效率，且能提升建筑结构电池的储电性能。
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1.一种石膏基结构电解质，其特征在于，按照重量份计，包括：石膏胶凝材料80～120份、聚合物乳液2～6份、电解质溶液30～40份、发泡剂0.1～5.0份；所述电解质溶液为硝酸锂、氢氧化锂和三氟甲磺酸锂的混合水溶液，该电解质溶液的pH值为6～10，三氟甲磺酸锂的摩尔浓度为1～10mol/kg。
2.根据权利要求1所述的石膏基结构电解质，其特征在于，所述石膏胶凝材料包括β型建筑石膏、α型高强石膏、Ⅱ型硬石膏中的一种或多种；所述聚合物乳液为聚偏二氟乙烯乳液、聚氧化乙烯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈乳液中的一种或多种，所述聚合物乳液的有效固体质量百分数≧55％；所述发泡剂为双氧水、松香皂类和蛋白类发泡剂中的一种或多种，且蛋白类发泡剂的用量为0.1～1.0份，松香皂类发泡剂用量为1～2份，双氧水发泡剂用量为2～5份。
3.一种石膏基结构电解质制备方法，用于制备权利要求1或2所述的石膏基结构电解质，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的石膏基结构电解质制备方法，其特征在于，所述匀质浆体的制备方法包括：将蛋白类发泡剂与去离子水混合，进行物理发泡制备泡
5.根据权利要求3所述的石膏基结构电解质制备方法，其特征在于，石膏胶凝材料、电解液和聚合物乳液混合搅拌过程中，搅拌速度为200～300rad/min，搅拌时间为30s～60s；搅拌形成匀质浆体过程中，搅拌速度为100～150rad/min，搅拌时间为1～2min。
6.根据权利要求3所述的石膏基结构电解质制备方法，其特征在于，所述S3步骤中的静养时间为2～5min，自然养护温度为室温，湿度为40～90％RH，养护时间为12～24h。
7.一种石膏基结构电池，其特征在于，所述石膏基结构电池应用了权利要求1或2所述的石膏基结构电解质，所述石膏基结构电池包括包括正极材料、负极材料，所述石膏基结构电解质位于正极材料和负极材料之间，且所述石膏基结构电解质分别与所述正极材料、所述负极材料接触，所述正极材料、所述负极材料上分别设置有用于与外电路电性连接的集流体。
8.根据权利要求7所述的一种石膏基结构电池，其特征在于，所述正极材料、所述负极材料的厚度分别为石膏基电解质材料厚度的0.1～1倍。
9.根据权利要求7所述的一种石膏基结构电池，其特征在于，所述正极材料、所述负极材料均由石膏胶凝材料40～80份、导电材料0.5～10份、活性物质20～50份、去离子水30～40份、减水剂0.1～0.3份、聚合物乳液1～3份混合后成型养护得到；所述活性物质为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴酸锂、三元锂中的一种。
10.根据权利要求7所述的一种石膏基结构电池，其特征在于，所述集流体为碳纤维网格布、导电金属片、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种石膏基结构电解质，其特征在于，按照重量份计，包括：石膏胶凝材料80～120份、聚合物乳液2～6份、电解质溶液30～40份、发泡剂0.1～5.0份；所述电解质溶液为硝酸锂、氢氧化锂和三氟甲磺酸锂的混合水溶液，该电解质溶液的ph值为6～10，三氟甲磺酸锂的摩尔浓度为1～10mol/kg。
2.根据权利要求1所述的石膏基结构电解质，其特征在于，所述石膏胶凝材料包括β型建筑石膏、α型高强石膏、ⅱ型硬石膏中的一种或多种；所述聚合物乳液为聚偏二氟乙烯乳液、聚氧化乙烯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈乳液中的一种或多种，所述聚合物乳液的有效固体质量百分数≧55％；所述发泡剂为双氧水、松香皂类和蛋白类发泡剂中的一种或多种，且蛋白类发泡剂的用量为0.1～1.0份，松香皂类发泡剂用量为1～2份，双氧水发泡剂用量为2～5份。
3.一种石膏基结构电解质制备方法，用于制备权利要求1或2所述的石膏基结构电解质，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的石膏基结构电解质制备方法，其特征在于，所述匀质浆体的制备方法包括：将蛋白类发泡剂与去离子水混合，进行物理发泡制备泡沫，然后向初级浆料中加入泡沫，搅拌形成匀质浆体，物理发泡产生的泡沫密度为40～60g/l；或者在初级浆料制备过程中加入双氧水或松香皂类发泡剂，搅拌形成匀质浆体。
5.根据权利要求3所述的石膏基结构电解质制备方法，其特征在于，石膏胶凝材料、电解液和聚合物乳液混合搅拌过程中，搅...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘川北，廖奕博，邓劲虓，潘雨泓，罗子钞，祝嘉豪，刘来宝，张礼华，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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