CN110265695A - 一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用 - Google Patents

一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其步骤如下:1、将电解质和蒸馏水混合溶解成导电溶液;2、向导电溶液中加入作为载体的电解质形成二元电解质凝胶电解液;3、将所制备的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池,进行充放电测试,具有平稳的放电电位曲线。所述的二元电解质包括电解质和作为载体的电解质,电解质为无水硫酸钠、无水碳酸钠或无水碳酸钾中的一种,作为载体的电解质为聚丙烯酸钠,所述的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池。本发明的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,配置成功的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池,具有实用、环保、安全、成本低等优点。

Description

一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种电解液的制备方法,具体涉及一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用。
背景技术
氢燃料电池是一种将氢气与氧气的化学能直接转化为电能的新型装置。由于能量转换不受卡诺循环的限制,且附加产物无环境污染效应,满足现代社会开辟新能源,减少对环境的污染的发展原则,因此氢燃料电池的研究及使用备受瞩目。氢燃料电池常用电解液为磷酸、汞、NaOH、KOH等,工作温度大约80~200℃,必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂,价格昂贵。电解质的腐蚀严重,寿命较短,且容易引起环境二次污染。传统的电解液已经不能满足商业发展需求,所以必须开发新型电解液。
无水硫酸钠(Na2SO4)、无水碳酸钠(Na2CO3)和无水碳酸钾(K2CO3)是强碱盐,易溶于水且其水溶液呈弱碱性、具有良好的导电性能。聚丙烯酸钠(PAAS)与硫酸钠溶液、碳酸钠溶液及碳酸钾溶液有很好的相容性、界面稳定性;可以提高凝胶电解质的离子导电率。聚丙烯酸钠在水中能够溶胀并保能有效地减少水分蒸发,使凝胶柔软而能保持一定的形状,具有较大的机械性能。采用无水硫酸钠、无水碳酸钠或无水碳酸钾与聚丙烯酸钠制作燃料电池凝胶聚合物电解液可以避免腐蚀,提高电池寿命,降低电解液材料成本,避免环境污染,推动燃料电池的商业化应用。
公知文献1(中国发明专利申请号201210568829.2)公开了一种聚合物电解液添加剂及使用该添加剂的凝胶聚合物电池。该发明提供的聚合物电解液成分包括埋盐、添加剂等,其中添加剂为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯中的一种。公知文献2(中国发明专利申请号201810706390.2)公开了一种固态离子凝胶聚合物电解质及其制备方法。制备方法是通过将溶解有锂盐的离子液体与具有三维网络结构的有机/无机杂化材料混合浸润形成的固态的离子凝胶复合材料。该凝胶聚合物电解质表现出较好的柔性和机械性能,具有较好的安全性能。公知文献3(中国发明专利申请号201810563182.1)公开了一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法及使用该电解质的锂空气电池。该复合凝胶聚合物电解质包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、聚氨酯类聚合物、二氧化硅气凝胶和无纺布骨架材料。作为新型复合凝胶聚合物电解质,可广泛适用于锂空气电池、锂离子电池、燃料电池、柔性储能器件等。
现有上述公知文献,对固态凝胶聚合物电解质应用于燃料电池或锂电池做了介绍,但未见以无水硫酸钠、无水碳酸钠或无水碳酸钾与聚丙烯酸钠为原料制备凝胶聚合物电解液且应用于氢燃料电池。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
为了解决上述问题,本发明公开了一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用。
本发明的技术方案是:一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其步骤如下:1、将电解质和蒸馏水混合溶解成导电溶液;2、向导电溶液中加入作为载体的电解质形成二元电解质凝胶电解液;3、将所制备的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池,进行充放电测试,具有平稳的放电电位曲线。所述的二元电解质包括电解质和作为载体的电解质,电解质为无水硫酸钠、无水碳酸钠或无水碳酸钾中的一种,作为载体的电解质为聚丙烯酸钠,所述的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池。
进一步地,所述的步骤1的具体步骤为:将电解质无水硫酸钠加入到蒸馏水中匀速搅拌5~10min,无水硫酸钠的质量范围为0<C≤20%,温度控制在18~90℃,得到导电溶液。
进一步地,所述的步骤1中电解质为无水碳酸钠时,其质量浓度范围为0<C≤20%。
进一步地,所述的步骤1中电解质为无水碳酸钾时,其质量浓度范围为0<C≤20%。
进一步地,所述的步骤2的具体步骤为:在电解质完全溶解后,加入载体电解质聚丙烯酸钠进行溶解;加入作为载体的电解质聚丙烯酸钠进行溶解;聚丙烯酸钠的质量浓度范围为0<C≤3%,温度:18~60℃,匀速搅拌30~60min得到二元电解质凝胶聚合物电解液。
进一步地,所述的步骤3的具体步骤为:将所制备的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,具有平稳的放电电位曲线,燃料电池平均放电时间为25~40分钟。
有益效果
本发明的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,配置成功的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池,具有实用、环保、安全、成本低等优点。本发明采用的无水硫酸钠、无水碳酸钠、无水碳酸钾及聚丙烯酸钠皆为食品级,可有效解决传统燃料电池中因采用磷酸、汞、NaOH、KOH等作为电解液成分而导致环境二次污染的问题。制备的的二元电解质凝胶聚合物电解液最低工作温度为18℃,低于传统氢燃料电池电解质工作温度80~200℃。制备的电解液电导率数量级在10-2S.cm-1,高于传统燃料电池电解液电导率数量级10-3S.cm-1,提高了导电性能。
附图说明
图1为本发明的(PAAS-Na2SO4)二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法流程图。
图2为本发明的(PAAS-Na2CO3)二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法流程图。
图3为本发明的(PAAS-K2CO3)二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法流程图。
图4为本发明的(PAAS-Na2SO4)二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池的放电图谱。
图5为本发明的(PAAS-Na2CO3)二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池的放电图谱。
图6为本发明的(PAAS-K2CO3)二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池的放电图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用作详细说明。
如图1所示,一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其步骤如下:1、将电解质和蒸馏水混合溶解成导电溶液;2、向导电溶液中加入作为载体的电解质形成二元电解质凝胶电解液;3、将所制备的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池,进行充放电测试,具有平稳的放电电位曲线。所述的二元电解质包括电解质和作为载体的电解质,电解质为无水硫酸钠、无水碳酸钠或无水碳酸钾中的一种,作为载体的电解质为聚丙烯酸钠,所述的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池。所述的步骤1的具体步骤为:将电解质无水硫酸钠加入到蒸馏水中匀速搅拌5~10min,无水硫酸钠的质量范围为0<C≤20%,温度控制在18~90℃,得到导电溶液;所述的步骤1中电解质为无水碳酸钠时,其质量浓度范围为0<C≤20%;所述的步骤1中电解质为无水碳酸钠时,其质量浓度范围为0<C≤20%;所述的步骤1中电解质为无水碳酸钾时,其质量浓度范围为0<C≤20%;所述的步骤2的具体步骤为:在电解质完全溶解后,加入载体电解质聚丙烯酸钠进行溶解;加入作为载体的电解质聚丙烯酸钠进行溶解;聚丙烯酸钠的质量浓度范围为0<C≤3%,温度:18~60℃,匀速搅拌30~60min得到二元电解质凝胶聚合物电解液;所述的步骤3的具体步骤为:将所制备的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,具有平稳的放电电位曲线,燃料电池平均放电时间为25~40分钟。
实施例1
将195g无水硫酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度60℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将30g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌30min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液,测试其电导率为87.5ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为28分钟。
实施例2
将100g无水硫酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度40℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将20g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌50min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液,测试其电导率为63ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为31分钟。
实施例3
将50g无水硫酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度18℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将5g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌60min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液,测试其电导率为35.7ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为34分钟。
实施例4
将200g无水碳酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度60℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将30g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌30min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液,测试其电导率为95.4ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为30分钟。
实施例5
将100g无水硫酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度40℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将20g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌50min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为70.1ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为32分钟。
实施例6
将50g无水硫酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度18℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将5g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌60min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为40.9ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为36分钟。
实施例7
将200g无水碳酸钾与1L蒸馏水混合,并在温度60℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将30g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌30min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为120.8ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为35分钟。
实施例8
将100g无水碳酸钾与1L蒸馏水混合,并在温度40℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将20g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌45min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为95.2ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为36分钟。
实施例9
将50g无水硫酸钠与1L蒸馏水混合,并在温度18℃下搅拌5min得到导电溶液,然后将5g聚丙烯酸钠加入到导电溶液中,继续搅拌55min,得到二元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为54.6ms.cm-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池,进行充放电测试,燃料电池平均放电时间为40分钟。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其特征在于:其步骤如下:1、将电解质和蒸馏水混合溶解成导电溶液;2、向导电溶液中加入作为载体的电解质形成二元电解质凝胶电解液;3、将所制备的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池,进行充放电测试,具有平稳的放电电位曲线。所述的二元电解质包括电解质和作为载体的电解质,电解质为无水硫酸钠、无水碳酸钠或无水碳酸钾中的一种,作为载体的电解质为聚丙烯酸钠,所述的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池。
2.根据权利要求1所述的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其特征在于:所述的步骤1的具体步骤为:将电解质无水硫酸钠加入到蒸馏水中匀速搅拌5~10min,无水硫酸钠的质量范围为0<C≤20%,温度控制在18~60℃,得到导电溶液。
3.根据权利要求1所述的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其特征在于:所述的步骤1中电解质为无水碳酸钠时,其质量浓度范围为0<C≤20%。
4.根据权利要求1所述的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其特征在于:所述的步骤1中电解质为无水碳酸钾时,其质量浓度范围为0<C≤20%。
5.根据权利要求1所述的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其特征在于:所述的步骤2的具体步骤为:在电解质完全溶解后,加入作为载体的电解质聚丙烯酸钠进行溶解;聚丙烯酸钠的质量浓度范围为0<C≤3%,温度:18~60℃,匀速搅拌30~60min得到二元电解质凝胶聚合物电解液。
6.根据权利要求1所述的一种二元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用,其特征在于:所述的步骤3的具体步骤为:所述的二元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池。
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