【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高电导率的可充电水泥基电池及其制备方法，属于储能。
技术介绍
1、在能源和先进材料快速发展的阶段，可再生资源，尤其是风能、太阳能等自然资源的开发和应用是广泛的共识。然而风能、潮汐能等资源往往受限于季节、气候等因素的影响，导致能源输出不稳定。电池作为一种储能装置能够实现能源的存储和稳定输出，也是未来很长一段时间内储能技术的发展方向。目前在液态电解质锂离子电池和全固态电池的发展阶段，使用结构和建筑物作为能源和储存的概念可能是革命性的。尽管目前水泥电池单位体积的能量不高，远小于目前广泛商业化应用的锂离子电池，但使用廉价而丰富的水泥制造电池使得建筑本身作为大型电池成为可能，由于建筑结构的体积大，储能容量也可以很高。此外，水泥基电池作为结构的一部分，并不会消耗额外的空间。
2、目前广泛使用的电解质主要有两类，即液体电解质和固体电解质。由于离子在液体中的迁移率比离子在固体中的迁移率高，因此使用液体电解质的电池一般性能更好。此外，液体电解质和电极之间的界面接触性更好，使得电化学过程中界面阻力相对较低。然而目前广泛使用的锂离子电池液态电解质主要是有机溶液，具有易燃易爆易挥发的特性。此外，液体电解质无论是在使用过程中还是在废弃后，电池的液体电解质都有泄漏的趋势，从而造成严重的环境污染或安全风险。基于此，固态电解质由于其稳定性和优异的安全性能是未来一段时间的发展趋势。然而，固态电解质在实际应用中最大的问题在于和电极的接触性差，导致界面电阻大，严重影响电池的能量密度和循环性能。
3、水泥本身是一种离子导体，这
4、zn和al是常用的电极材料，关于锌离子电池和铝离子电池的文献和专利报道也有很多，但在水泥电池中，al作为负极会在放电过程中溶解于水泥中，不仅导致电池失效，al的溶解还会导致水泥基体出现大量的孔洞，机械性能大大降低。zn和作为水泥基电极材料最大的问题是会形成钝化层而失去电化学活性，导致电池容量迅速下降或电池失效，本质上不再是可充电电池。水泥中还可以使用锌（碳作为正极）作为牺牲阳极，用于钢的防腐，这也说明zn在水泥电池中作为负极材料的不合理。cu作为水泥基电池电极材料时也有类似的电化学行为，因此，即便zn、al和cu是常见的电极材料，由于其在不同的电化学体系中的电化学反应不同，其应用也不能一概而论。
5、fe和moo2是常见的电极材料，但是由于电池体系的不同，电极材料也会表现出完全不同的电化学反应。考虑到水泥基体的碱性化学环境，其电极反应如公式1所示，相比于zn，fe作为负极具有更低的标准还原电压（ered），这意味着fe作为负极在水泥基电池中能够提供更宽的电化学窗口。此外，zn负极在放电过程中还会生成没有电化学活性的锌氧化物，导致活性材料损失，电池容量下降。因此，相比于zn，fe是更适合的水泥基负极材料。
6、ered(v)=-0.89 公式1
7、ered(v)=-1.20 公式2
8、水泥的离子电导率是直接影响水泥基电池电化学性能的关键因素。水泥基体中的孔隙溶液是离子迁移的关键，也是决定水泥基电池离子电导率的重要因素。然而，固化后的水泥由于大量失水，导致离子迁移和物质交换效率快速下降，严重影响电池性能。基于此，选择建筑行业常使用的聚乙烯醇作为正极、负极和电解质的自固化添加剂，能够提升固化后水泥中的水分含量，确保离子迁移和物质交换效率。聚乙烯醇还可以增加水泥的粘结力，使水泥与其他材料更好地结合，提升电极和电解质之间的接触性，降低界面电阻；还可以提高水泥的柔韧性和抗裂性，减少裂缝的产生。此外，通过外加无机离子溶液也可以提升水泥的离子电导率。目前已有文献报道使用pva-koh，pva-naoh等水凝胶提升超级电容器中水泥基电解质的离子电导率。考虑到水泥作为建筑材料对于强度和稳定性的要求，水凝胶在50℃左右就会因失水而失效，并且这种失水过程是不可逆的，这显然不符合实际使用和国家标准的要求。
9、申请号202410051474 .2，专利技术名称：一种水泥基锂电池及其制备方法，公开一种水泥基锂电池及其制备方法。本专利技术通过将锂电池中常用的功能材料，包括钴酸锂、磷酸铁锂、聚氧化乙烯等材料与水泥材料相结合，并首次利用铁粉制备电池的电解质、首次利用聚偏二氟乙烯及丁苯橡胶制备电池的粘结层，形成了一种新型可多次充放电水泥基锂电池的制备方法，该申请公开的是锂电池，正极使用的是现在商业化的钴酸锂，磷酸铁锂等，负极用的石墨，电压高，但这个本质上是用水泥作为基体来做锂电，组装方式也是锂电的方式，正负极侧都用了pvdf来做粘结剂，这也是为了降低电池界面电阻，所有材料价格贵，成本高。
10、申请号202210943729 .7，专利技术名称：一种可充电水泥基电池及其制备方法，一种可充电水泥基电池及其制备方法，该电池包括水泥基电解质及间隔插设在水泥基电解质内的金属正极和金属负极，且部分金属正极和部分金属负极露出于水泥基电解质；或者，该电池包括依次层叠设置的水泥基正极、水泥基电解质和水泥基负极；其中，水泥基电解质的原料包括硅酸盐水泥、水、水溶性盐和石英砂。本专利技术使用廉价且丰富的水泥材料来制备可充电水泥基电池，成本低。但所述水泥基正极、水泥基负极中分别含有石墨和/或碳纤维以提高电池整体的电子电导和离子电导率。但石墨和碳纤维作为电子导体无法添加到水泥基电解质中，正负极基体需要分别制备，增添了水泥基电池水泥基体制备的程序。此外，石墨和/或碳纤维的加入会导致水泥脆性增强，损害水泥基体的强度，不利于作为建筑材料大范围使用。
11、申请号202410706973 .0，专利技术名称：一种可充电水泥基电池及制备方法，公开了一种可充电水泥基电池，该电池包括阳极、电解质、阴极，所述电解质两端分别设置有阳极和阴极，所述阳极为电镀金属铁碳纤维网，所述阴极为电镀金属镍碳纤维网，所述电解质为水泥基材料；所述水泥基材料按照重量百分数记包括以下组分：水泥14 .9％-65 .0％、导电材料0 .1％-2 .8％、细骨料0-71 .7％、减水剂0-0 .53％和水21.1-40％；通过在碳纤维网上进行电镀铁和镍形成电池体的正负极，提高了电池的充电和放电效率。但影响水泥基电池电化学性能的关键在于水泥基体电导率，尤其是电解质的离子电导率。导电材料只能添加在正负极中，且未采取其他措施提升水泥基体的离子电导率，会严重影响水泥基电池的整体性能。
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1.一种高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：它是通过颗粒分散法制备正负极；
2.根据权利要求1所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的聚乙烯醇和K3Fe(CN)6的质量配比为：
3.根据权利要求2所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的聚乙烯醇和K3Fe(CN)6的质量配比为：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的负极的配方是：
5.根据权利要求4所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的负极的配方是：
6.根据权利要求1-3任意一项所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的正极、负极和电解质的厚度比为4：2：1。
7.权利要求1-6任意一项所述的高电导率的可充电水泥基电池的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：它是通过颗粒分散法制备正负极；
2.根据权利要求1所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的聚乙烯醇和k3fe(cn)6的质量配比为：
3.根据权利要求2所述的高电导率的可充电水泥基电池，其特征在于：所述的聚乙烯醇和k3fe(cn)6的质量配比为：
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高电导率的可充...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯燕琪，戴锐，俞金德，胡书春，王哲，
申请(专利权)人：成都工业学院，
类型：发明
国别省市：
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