CN110137515A

CN110137515A - 一种多重响应的智能锌空气电池及其制备方法

Info

Publication number: CN110137515A
Application number: CN201910300536.8A
Authority: CN
Inventors: 余丁山; 方正松; 胡轩赫
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2039-04-15
Also published as: CN110137515B

Abstract

本发明公开了一种多重响应的智能锌空气电池及其制备方法。本发明以碳纳米管或石墨烯，与高分子PEDOT‑b‑PEO混合后超声分散，制备得到一种用于制备多重响应泡沫正极的催化剂。并进一步以此催化剂的分散液反复浸泡弹性泡沫制备得到智能锌空气电池用的多重响应泡沫正极。该多重响应泡沫正极可对压力、紫外光和太阳光进行多重响应，可与金属锌负极和碱性聚合物凝胶电解质组成智能锌空气电池。该方案工艺简单，生产成本低，对环境污染小，是能源器件领域的重要创新。因此，该多重响应泡沫正极在制备压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池以及其他对外界刺激的响应器件或智能能量管理器件方面，具有广泛的应用价值和前景。

Description

一种多重响应的智能锌空气电池及其制备方法

技术领域

本发明属于储能电池技术领域。更具体地，涉及一种压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池及其制备方法。

背景技术

随着便携式和智能电子器件的蓬勃发展，人们的生活得到了极大的便利，为了进一步增强“人机交互”和满足人们其他的特殊需求，设计具有新功能的储能器件是非常重要的。此外，能够对各种各样的外部环境刺激(如光、热、磁、pH和力等)产生响应的体系，已经受到了人们广泛的关注。刺激响应体系能够在传感器、仿生装置和生物医药方面有良好的应用前景。因此，若是把传统的储能器件和特殊的响应性质结合起来，将会赋予传统储能器件额外的智能性需求。目前，已经有少量响应性储能器件如锂离子电池、超级电容器等被报道，但是，以上响应性储能器件具有单响应性、低能量密度或制备过程复杂等缺点，限制了它们在智能器件领域中的应用。

锌空气电池是一类具有较高能量密度的电池，其能量密度高达1086Wh Kg^-1，是传统锂离子电池的4～5倍，非常适合作为电子器件长时间供能；此外，锌空气电池还具有电池成本低，对环境污染小的优点，有利于其商业化生产和大规模推广应用，目前，一次锌空气电池已经在人们的生活当中得到了广泛的应用。然而，传统的一次锌空气电池多数都不能充电，目前市面上宣称可以充电的锌空气电池(如1997年斯洛维尼亚籍发明家Miro Zoric开发出首款可重复充电的锌空气电池并应用于中小型公车)，其在充放电过程中需使用昂贵的金属催化剂如“铂”、“氧化铱”来促进氧的还原和产生，也受限于再充电成本高昂问题。近期中南大学雷永鹏教授团队开发出了一种可用于可充式锌-空气电池的石墨烯气凝胶电催化剂，成本仅为铂、铱等贵金属催化剂的二十分之一，性能却可与之媲美；但是其为氮掺杂催化剂，产氧(OER)反应活性一般比较差，需要高温热处理，制备复杂。而且没有对外界的刺激响应性，不能对外部环境刺激产生响应，也是锌空气电池无法实现电池的智能化需求的另一大原因。

因此，我们亟需对锌空气电池的可充电性以及对外部环境刺激的多重响应性进行不断的探索研究，从而满足智能响应性电池的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有锌空气电池的缺陷和不足，提供一种成本低、制备简单、不需要引入其他原子，具有较好的双功能催化活性的催化剂，且该催化剂和泡沫结合具有智能的压力以及紫外、太阳光响应性，可用于制备能够对外部刺激力如压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池。

本发明目的是提供一种用于制备多重响应泡沫正极的催化剂。

本发明另一目的是提供一种智能锌空气电池用的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极。

本发明再一目的是提供一种压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池。

为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

本发明提供了一种用于制备多重响应泡沫正极的催化剂，以碳纳米管或石墨烯(优选为碳纳米管)，与高分子PEDOT-b-PEO混合后超声分散得到催化剂分散液。

该催化剂自身具有良好的导电性，以及对紫外光和太阳光的双重敏感性，即对紫外光具有良好的光电效应，并对太阳光具有良好的光热效应。

优选地，先将碳纳米管经过酸洗回流、纯化、干燥处理，再与高分子PEDOT-b-PEO混合，超声分散得到催化剂分散液。

优选地，所述催化剂的制备方法包括如下步骤：

(1)碳纳米管经过酸洗回流、纯化、干燥；

(2)将步骤(1)处理后的碳纳米管与高分子PEDOT-b-PEO混合，超声分散，得到催化剂分散液。

优选地，步骤(2)所述碳纳米管和高分子PEDOT-b-PEO的质量比为(10：1)～(1：10)。

更优选地，步骤(2)所述碳纳米管和高分子PEDOT-b-PEO的质量比为4：1。

优选地，步骤(1)所述酸洗所用的酸为4～8mol/L的盐酸。

更优选地，步骤(1)所述酸洗所用的酸为6mol/L的盐酸。

步骤(1)采用非破坏性的盐酸对碳纳米管进行搅拌和回流，可以除去其中的残余金属杂质，可避免碳纳米管的结构变化以及处理过程中含氧官能团的引入。

优选地，步骤(1)所述酸洗回流的方式为：碳纳米管加入酸溶液中搅拌回流6～12h。

步骤(1)所述纯化的方式为：洗涤、过滤，除去原始碳纳米管中的残余的金属杂质。具体洗涤使用的是蒸馏水或去离子水。

优选地，步骤(1)所述干燥的温度为60℃～90℃。

更优选地，步骤(1)所述干燥的温度为80℃。

优选地，步骤(2)所述超声分散的溶剂为乙醇、水或丙酮中的任意一种或几种。

优选地，步骤(2)所述超声分散的时间为10～60min。

更优选地，步骤(2)所述超声分散的时间为20min。

优选地，步骤(2)所得催化剂分散液的浓度为0.1～4mg/mL。

更优选地，步骤(2)所得催化剂分散液的浓度为0.6mg/mL。

本发明还提供了一种智能锌空气电池用的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极，用上述催化剂的分散液反复浸泡弹性泡沫制备得到。

优选地，用催化剂分散液浸泡弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫，干燥，得到多重响应泡沫正极。

优选地，所述多重响应泡沫正极的制备方法包括如下步骤：

S1.用上述催化剂的分散液浸泡弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫，得到含有催化剂分散液的弹性泡沫，然后干燥至分散液中的分散剂完全挥发，得到具有压力、紫外光和太阳光多重响应的导电弹性泡沫；

S2.将步骤S1所得导电弹性泡沫重复经过步骤S1处理1～5次，得到压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极。

优选地，步骤S1所述反复挤压弹性泡沫的次数为1～5次。

优选地，步骤S1所述干燥的温度为20℃～150℃。

更优选地，步骤S1所述干燥的温度为25℃。

优选地，步骤S1所述弹性泡沫为绝缘的、弹性的有机聚合物泡沫。

更优选地，步骤S1所述弹性泡沫为聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫或聚苯乙烯泡沫中的任意一种或几种。

上述多重响应泡沫正极适用于制备对外界刺激的响应器件或智能能量管理器件。

因此，本发明制备的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极在制备对外界刺激的响应器件或智能能量管理器件方面的应用，以及在制备压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池方面的应用，均应在本发明的保护范围之内。

所述外界刺激为压力、紫外光或太阳光等。

另外，基于上述多重响应泡沫正极，本发明还提供了一种压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池(如智能锌空气电池)，是以上述多重响应泡沫正极制备得到。

所述智能金属空气电池包括固态锌空气电池，以及其他二次固态金属空气电池，例如锂空气电池。

具体地，所述智能金属空气电池(如智能锌空气电池)的制备方法为：将上述压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极粘附在碱性聚合物凝胶电解质的一侧，然后将金属片负极(如金属锌片负极)粘附在碱性聚合物凝胶电解质的另一侧，即得到压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池(如智能锌空气电池)。

优选地，所述碱性聚合物凝胶电解质为高分子聚合物和碱金属氢氧化物溶液(氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液)交联构成的凝胶电解质。具体是由去离子水、聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)以及碱金属氢氧化物(如氢氧化钾或氢氧化钠)组成。

更优选地，所述碱性聚合物凝胶电解质的制备过程为：

S11.将PVA和PEO加入去离子水中，加热，然后加入碱金属氢氧化物溶液(如氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液)，继续加热至透明溶液变为淡黄色，冷却，得到碱性聚合物电解液；

S12.将步骤S11所得碱性聚合物电解液倒入容器(如表面皿)中，冷冻，然后室温解冻，得到碱性聚合物凝胶电解质。

优选地，步骤S11所得碱性聚合物凝胶电解质的厚度为0.2～2cm。

更优选地，步骤S11所得碱性聚合物凝胶电解质的厚度为0.5cm。

具体地，控制步骤S11所得碱性聚合物凝胶电解质厚度的方式为：控制电解液倒入容器的体积，以便控制最终碱性聚合物凝胶电解质的厚度。

优选地，步骤S11所述加热和所述继续加热均为油浴加热。

优选地，步骤S11所述加热的条件为：60℃～100℃加热1～3h。

更优选地，步骤S11所述加热的条件为：80℃加热1.5h。

优选地，步骤S11所述继续加热的条件为：60℃～100℃继续加热0.5～1h。

更优选地，步骤S11所述继续加热的条件为：80℃继续加热0.5h。

优选地，所述去离子水的体积(mL)：PVA的质量(g)：PEO的质量(g)：碱金属氢氧化物的质量(g)＝5～15：0.5～2：0.1～1：0.3～1.2。

更优选地，步骤S11所述去离子水的体积(mL)：PVA的质量(g)：PEO的质量(g)：碱金属氢氧化物的质量(g)＝10：1：0.1：1。

优选地，步骤S11所述PVA的分子量大于5×10⁴。

更优选地，步骤S11所述PVA的分子量为8.9×10⁴～1.3×10⁵。

优选地，步骤S11所述PEO的平均分子量为1×10⁴～1×10⁶。

更优选地，步骤S11所述PEO的平均分子量为1×10⁵。

优选地，步骤(2)中所述冷冻的条件为：-30℃～-5℃恒温1～5h。

更优选地，步骤(2)中所述冷冻的条件为：-20℃恒温3h。

另外，本发明制备得到的智能锌空气电池在人机交互和制备下一代智能电子器件方面的应用，也应在本发明的保护范围之内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明首先提供了一种用于制备多重响应泡沫正极的催化剂，该催化剂自身具有良好的导电性，对紫外光具有良好的光电效应，并对太阳光具有良好的光热效应。基于该催化剂，本发明制备得到一种压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极，该多重响应泡沫正极具有敏感响应，可对压力、紫外光和太阳光进行多重响应。因此，该多重响应泡沫正极在制备压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池以及其他对外界刺激的响应器件或智能能量管理器件方面，具有广泛的应用价值和前景。

应用该多重响应泡沫正极，可与金属锌负极和碱性聚合物凝胶电解质组成智能锌空气电池，该电池对压力、紫外光和太阳光具有敏感响应，能够作为自供能的多重响应的传感器。相比于传统需要外部供能的传感器而言，该电池的器件具有全新的结构，且结构更加简单、紧凑；特殊的空气电极结构不需要金属集流体和粘结剂，一定程度上减轻了器件的质量和体积；且电池的能量密度和功率密度高，充放电效率高，稳定性强，能够实现1.3V的开路电压，功率密度可高达7.3mW/cm²，充放电循环圈数达110圈。该电池具有能量存储、智能传感以及能量管理等多种功能，不需要额外的电源管理系统，即可在能量存储和释放时，同时实现电压和电流输出的自发控制，从而起到能量管理的功能。

另外，该方案的制备方法简单，生产成本低，对环境污染小，是能源器件领域的重要创新。因此，该智能锌空气电池作为一种全新的电池体系，在人机交互和下一代智能电子器件等领域具有广阔的实际应用前景。

附图说明

图1为压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极的SEM图。

图2为压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极的压缩应变曲线图。

图3为压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极对紫外光的电流响应曲线图。

图4为压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极对不同波长的吸收曲线图。

图5为压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池的性能表征；其中，a图为电池的开路电压曲线图；b图为电池的充放电极化曲线和功率密度曲线图；c图为电池的恒电流充放电曲线图。

图6为压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池在外界压力刺激下的电压变化；其中，a图为不同恒定压力下电池的充放电电压曲线图；b图为脉冲变化的压力下电池的输出电压曲线图。

图7为压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池在太阳光刺激下的充放电电压曲线图。

图8为压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池在紫外光刺激下的充放电电流曲线图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1多重响应的智能锌空气电池的制备

1)制备压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极

(1)制备催化剂分散液

将多壁碳纳米管加入到6mol/L的盐酸中，搅拌回流9h，洗涤，过滤，除去原始碳纳米管中的残余的金属杂质，然后置于80℃烘箱中干燥；将处理后的碳纳米管与嵌段高分子PEDOT-b-PEO按照质量比4：1进行混合，在乙醇溶剂中超声分散20min，得到催化剂分散液，所得催化剂分散液浓度为0.6mg/mL；

(2)制备压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极

用上述催化剂分散液浸泡聚氨酯弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫3次，得到含有催化剂分散液的弹性泡沫，然后25℃干燥，直到分散液中的分散剂完全挥发，得到具有压力、紫外光和太阳光多重响应的导电弹性泡沫；

为了进一步提高催化剂的载量，再次将上述具有催化功能的导电弹性泡沫浸泡在催化剂分散液中，反复挤压3次，得到含有催化剂分散液的导电弹性泡沫；25℃干燥，至分散液中的分散剂完全挥发，得到压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极。

2)制备膜厚度为0.5cm的碱性聚合物凝胶电解质

S11.向10mL去离子水中加入1g分子量为9.8×10⁴的PVA和0.1g平均分子量为1×10⁵的PEO，将其置于80℃油浴锅中加热1.5h，然后加入1mL 18M的KOH溶液，置于油浴锅中80℃继续加热搅拌0.5h至透明溶液变为淡黄色，得到碱性聚合物电解液；

S12.将步骤S11所得碱性聚合物电解液冷却后，倒入表面皿中，控制倒入碱性聚合物电解液的体积，以便控制最终碱性聚合物凝胶电解质的厚度，然后放入-20℃的低温冰箱中，恒温3h，然后室温解冻，最终得到碱性聚合物凝胶电解质，其膜厚度为0.5cm。

3)制备压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池

将本实施例1的步骤1)制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极粘附在步骤2)制备得到的碱性聚合物凝胶电解质的一侧，然后把金属锌片负极粘附在碱性聚合物凝胶电解质的另一侧，从而得到压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池。

实施例2多重响应的智能锌空气电池的制备

1)制备压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极

(1)制备催化剂分散液

将多壁碳纳米管加入到4mol/L的盐酸中，搅拌回流6h，洗涤，过滤，除去原始碳纳米管中的残余的金属杂质，然后置于60℃烘箱中干燥；将处理后的碳纳米管与嵌段高分子PEDOT-b-PEO按照质量比7：3进行混合，在丙酮溶剂中超声分散10min，得到催化剂分散液，所得催化剂分散液浓度为0.1mg/mL；

(2)制备压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极

用上述催化剂分散液浸泡三聚氰胺弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫5次，得到含有催化剂分散液的弹性泡沫，然后20℃干燥，直到分散液中的分散剂完全挥发，得到具有压力、紫外光和太阳光多重响应的导电弹性泡沫；

为了进一步提高催化剂的载量，再次将上述具有催化功能的导电弹性泡沫浸泡在催化剂分散液中，反复挤压5次，得到含有催化剂分散液的导电弹性泡沫；20℃干燥，至分散液中的分散剂完全挥发，得到压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极。

2)制备膜厚度为1cm的碱性聚合物凝胶电解质

S11.向10mL去离子水中加入1g分子量为1.3×10⁵的PVA和0.1g平均分子量为1×10⁶的PEO，将其置于60℃油浴锅中加热3h，然后加入1mL 18M的KOH溶液，置于油浴锅中60℃继续加热搅拌0.5h至透明溶液变为淡黄色，得到碱性聚合物电解液；

S12.将步骤S11所得碱性聚合物电解液冷却后，倒入表面皿中，控制倒入碱性聚合物电解液的体积，以便控制最终碱性聚合物凝胶电解质的厚度，然后放入-30℃的低温冰箱中，恒温1h，然后室温解冻，最终得到碱性聚合物凝胶电解质，其膜厚度为1cm。

3)制备压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池

将本实施例2的步骤1)制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极粘附在步骤2)制备得到的碱性聚合物凝胶电解质的一侧，然后把金属锌片负极粘附在碱性聚合物凝胶电解质的另一侧，从而得到压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池。

实施例3多重响应的智能锌空气电池的制备

1)制备压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极

(1)制备催化剂分散液

将商用多壁碳纳米管加入到8mol/L的盐酸中，搅拌回流12h，洗涤，过滤，除去原始碳纳米管中的残余的金属杂质，然后置于90℃烘箱中干燥；将处理后的碳纳米管与嵌段高分子PEDOT-b-PEO按照质量比9：1进行混合，在水超声分散60min，得到催化剂分散液，所得催化剂分散液浓度为4mg/mL；

(2)制备压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极

用上述催化剂分散液浸泡聚苯乙烯弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫1次，得到含有催化剂分散液的弹性泡沫；然后150℃干燥，直到分散液中的分散剂完全挥发，得到具有压力、紫外光和太阳光多重响应的导电弹性泡沫；

为了进一步提高催化剂的载量，再次将上述具有催化功能的导电弹性泡沫浸泡在催化剂分散液中，反复挤压1次，得到含有催化剂分散液的导电弹性泡沫；150℃干燥，至分散液中的分散剂完全挥发，得到一种压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极。

2)制备膜厚度为1.5cm的碱性聚合物凝胶电解质

S11.向10mL去离子水中加入1g分子量为8.9×10⁴的PVA和0.1g平均分子量为1×10⁴的PEO，将其置于100℃油浴锅中加热3h，然后加入1mL 18M的KOH溶液，置于油浴锅中100℃继续加热搅拌1h至透明溶液变为淡黄色，得到碱性聚合物电解液；

S12.将步骤S11所得碱性聚合物电解液冷却后，倒入表面皿中，控制倒入碱性聚合物电解液的体积，以便控制最终碱性聚合物凝胶电解质的厚度，然后放入-5℃的低温冰箱中，恒温5h，然后室温解冻，最终得到碱性聚合物凝胶电解质，其膜厚度为1.5cm。

3)制备压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池

将本实施例3的步骤1)制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极粘附在步骤2)制备得到的碱性聚合物凝胶电解质的一侧，然后把金属锌片负极粘附在碱性聚合物凝胶电解质的另一侧，从而得到压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池。

实施例4压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极的性能测试

1、测试方法

将实施例1～3的步骤1)制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极用扫描电子显微镜进行扫描，观察其微观形貌；利用万能实验机进行压缩应变性能测试；利用电化学工作站和紫外灯测试材料对紫外光的电流响应；利用紫外-可见-近红外分光光度计测试材料对不同波长的吸收性能。

2、结果显示，本发明制备的多重响应泡沫正极性能优良，实施例1中的正极综合性能最佳，具体结果呈现如下：

本发明实施例1制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极的SEM图如图1所示，可以看出，泡沫正极具有多孔互联的框架结构；局部框架放大之后，能够看到泡沫框架上附着有密集的碳纳米管和PEDOT-b-PEO复合材料。

该多重响应泡沫正极的压缩应变曲线图如图2所示，可以看出，泡沫正极在较宽的应变范围(20％～80％)，具有较好的压缩-回弹性能。

该多重响应泡沫正极对紫外光的电流响应曲线图如图3所示，可以看出，泡沫正极在有紫外光的条件下能够产生明显的光电流。

该多重响应泡沫正极对不同波长的吸收曲线图如图4所示，可以看出，泡沫正极能够对可见-近红外区的光产生有效的吸收，且吸收度高达98.3％。

实施例5压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池的性能测试

1、测试方法

对实施例1～3制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池进行性能表征，并对该电池在外界压力刺激下的电压变化、在太阳光刺激下的充放电电压、以及在紫外光刺激下的充放电电流进行测试；利用电化学工作站，测试锌空气电池的电池性能；利用电化学工作站和万能实验机，测试电池在不同形变下的电池性能；利用电化学工作站和模拟太阳光，测试电池在有无光照条件下的电池性能；利用电化学工作站和紫外灯，测试电池在有无光照条件下的电池性能。

2、结果显示，本发明制备的电池性能优良，综合性能最佳的为实施例1的电池，具体结果呈现如下：

本发明实施例1制备得到的压力、紫外光和太阳光多重响应的智能锌空气电池的性能表征如图5所示，其中，该电池的开路电压曲线图如图a所示，可以看出，电池表现出了一个较高且稳定的开路电压(1.3V)；该电池的充放电极化曲线和功率密度曲线图如图b所示，可以看出，电池具有好的充放电能力，峰值功率达到了7.3mW cm^-2；该电池的恒电流充放电曲线图如图c所示，可以看出，电池在0.2mA cm^-2的恒定电流密度下能够循环110次，且充放电循环效率达到了63％，表现出了良好的循环稳定性。

该电池在外界压力刺激下的电压变化图如图6所示，其中，不同恒定压力下该电池的充放电电压曲线图如图a所示，可以看出，在不同的静态压力条件下，电池的充放电电压随着外界的压力变化而变化，表现了良好的响应能力；不同脉冲变化的压力下该电池的输出电压曲线图如图b所示，可以看出，在不同的动态压力条件下，电池的放电电压表现了稳定和敏感的压力响应性，这也证明了电池用于压力传感器的潜力。

该电池在太阳光刺激下的充放电电压曲线图如图7所示，可以看出，在恒定的充放电电流下，电池的放电电压在有光条件下增加，而充电电压反之，这证明了太阳光照改善了电池的充放电能力。同时多次循环测试后，电池的充放电电压对太阳光表现出了明显的响应性。

该电池在紫外光刺激下的充放电电流曲线图如图8所示，可以看出，在恒定的充电或放电电压下，电池的充放电电流在紫外光照射下都增加了，证明了紫外光提升了电池的充放电性能。同时多次循环测试后，电池的充放电电流对紫外光表现出了明显的响应性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于制备多重响应泡沫正极的催化剂，其特征在于，以碳纳米管或石墨烯，与高分子PEDOT-b-PEO混合后超声分散得到催化剂分散液。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，先将碳纳米管经过酸洗回流、纯化、干燥处理，再与高分子PEDOT-b-PEO混合，超声分散得到催化剂分散液。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

(1)碳纳米管经过酸洗回流、纯化、干燥；

4.根据权利要求3所述的催化剂，其特征在于，步骤(2)所述碳纳米管和高分子PEDOT-b-PEO的质量比为(10：1)～(1：10)。

5.一种智能锌空气电池用的压力、紫外光和太阳光多重响应泡沫正极，其特征在于，用权利要求1～4任一所述催化剂的分散液反复浸泡弹性泡沫制备得到。

6.根据权利要求5所述的多重响应泡沫正极，其特征在于，用催化剂分散液浸泡弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫，干燥，得到多重响应泡沫正极。

7.根据权利要求5所述的多重响应泡沫正极，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

S1.用权利要求1～4任一所述催化剂的分散液浸泡弹性泡沫，反复挤压弹性泡沫，得到含有催化剂分散液的弹性泡沫，然后干燥至分散液中的分散剂完全挥发，得到具有压力、紫外光和太阳光多重响应的导电弹性泡沫；

8.根据权利要求7所述的多重响应泡沫正极，其特征在于，步骤S1所述反复挤压弹性泡沫的次数为1～5次；步骤S1所述干燥的温度为20℃～150℃。

9.权利要求5～8任一所述多重响应泡沫正极在制备对外界刺激的响应器件或智能能量管理器件方面的应用。

10.一种压力、紫外光和太阳光多重响应的智能金属空气电池，其特征在于，是以权利要求5～8任一所述多重响应泡沫正极制备得到。