CN110729527A - 一种用于锌空电池的高稳定性电解质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于锌空电池的高稳定性电解质及其制备方法，采用四乙基氢氧化铵溶液或者加入聚乙烯醇或聚丙烯酸的四乙基氢氧化铵溶液作为电解质。本发明采用四乙基氢氧化铵作为电解质中的离子导体代替了常用于液相或者固态电解质中的氢氧化钾。采用聚乙烯醇或者聚丙烯酸作为电解质中的聚合物骨架，通过磁力搅拌加热的方式并随后冷冻交联的方式得到了一种具有高稳定性的用于锌空电池的电解质。该电解质保水性好，组装成电池可以展现出良好工作时间和循环寿命，此外，该电解质具有较高的寿命，经过长时间的放置仍然可以保持较高的离子电导率，组装成电池后工作性能保持稳定。
Description
技术领域
本发明属于储能器件领域，更加具体地说，涉及一种用于锌空电池的高稳定性电解质及其制备方法。
背景技术
随着全球经济发展，环境污染，能源枯竭问题日益严重。开发可再生能源和能量的转换储存技术显得十分重要。锌空气电池作为金属空气电池的一种，由于其较高的理论比能量密度(1086Wh kg-1)以及低廉的价格和环境友好等优点而受到广泛关注。传统的锌空气电池由锌电极、电解质和空气电极组成。其中电解质作为锌空电池的“血液”起着至关重要的作用。电解质分为固态电解质和液态电解质两种；无论固态还是液态，目前锌空电池的电解质大多数采用氢氧化钾体系。然而，氢氧化钾体系电解质仍然存在很多问题我们不可忽视。系，其存在容易失水以及氢氧化钾容易结晶析出等问题，这些问题会导致电解质电如固态电解质中常用的氢氧化钾和聚乙烯醇体导率迅速下降，进而造成电池的工作时间、循环寿命大大降低。为此需要研发一种用于锌空电池的高稳定性的电解质，不仅可以大大提高电池的的工作时间以及循环寿命，另外电解质经过储存后相比氢氧化钾体系也展现出了优秀的工作性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于锌空电池的高稳定性电解质及其制备方法，不仅可以大大提高电池的的工作时间以及循环寿命，另外电解质经过储存后相比氢氧化钾体系也展现出了优秀的工作性能。
本发明的技术目的通过以下技术方案予以实现的。
一种用于锌空电池的高稳定性电解质，电解质为四乙基氢氧化铵的水溶液，其浓度为2～4mol·L-1。
电解质为添加聚乙烯醇或聚丙烯酸的四乙基氢氧化铵的固态电解质；所述聚乙烯醇或聚丙烯酸的加入量与四乙基氢氧化铵水溶液质量的比例为(1—5)：(20—30)，优选(2—4)：(20—30)，在四乙基氢氧化铵水溶液中，四乙基氢氧化铵质量百分数为25～35wt％。
选择将四乙基氢氧化铵加水配置成四乙基氢氧化铵水溶液，即得液相电解质；浓度为2～4mol·L-1。
选择将液相电解质进行常温(室温20—25摄氏度)搅拌，再加入聚乙烯醇或聚丙烯酸，水浴加热至80—90摄氏度，均匀分散后自然冷却至室温，冷冻处理之后，即得固态电解质。
选择在-8—-10℃下冷冻2～3h。
聚乙烯醇或聚丙烯酸的数均分子量为10万—20万。
现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明采用四乙基氢氧化铵作为电解质中的离子导体代替了常用于液相或者固态电解质中的氢氧化钾(即四乙基氢氧化铵在锌空电池中的应用)。采用聚乙烯醇或者聚丙烯酸作为电解质中的聚合物骨架，通过磁力搅拌加热的方式并随后冷冻交联的方式得到了一种具有高稳定性的用于锌空电池的电解质。该电解质保水性好，组装成电池可以展现出良好工作时间和循环寿命，此外，该电解质具有较高的寿命，经过长时间的放置仍然可以保持较高的离子电导率，组装成电池后工作性能保持稳定。
附图说明
图1为水系锌空电池的结构示意图，如图所示，其中1为空气电极，2为液相电解质，3为锌电极。
图2为三明治结构的固态锌空气电池的结构示意图，如图所示其中1为空气电极、2为固态电解质、3为锌电极。
图3为电缆型结构的固态锌空电池结构示意图，如图所示，其中1为空气电极、2为固态电解质、3为锌电极。
图4为采用四乙基氢氧化铵和聚乙烯醇体系的固态电解质在密封状态放置10天后组装为锌空气电池在5mA·cm-3的横流放电示意图。
图5为采用四乙基氢氧化铵和聚乙烯醇体系的固态电解质在密封状态下放置10天后组装为锌空气电池在5mA·cm-3的循环性能示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
首先，进行空气电极的制备：
空气电极是由碳布上负载四氧化三钴粉末组成。将碳布分别在丙酮、酒精和去离子水里分别清洗20～30min，然后烘干备用。电极浆料由四氧化三钴粉末、炭黑、去离子水、异丙醇和全氟树脂溶液制备而成。具体配比为20～30mg四氧化三钴，50～60mg炭黑溶解在5～7mL去离子水，1.0～2.0mL异丙醇，0.5～1mL
全氟树脂溶液中。将所制得的浆料超声20～30min，用移液枪均匀的涂敷在清洗后的碳布上，负载量约为0.2～1mg/cm～2。随后，将涂敷好的空气电极放到60℃烘箱里干燥5～6h。即可得到制备完成的空气电极。
其次，进行电解质的制备
液态电解质：称量一定质量的25～35wt％的四乙基氢氧化铵水溶液(市场外购)加水稀释配置成为2～4mol·L-1的水溶液以制备用于水系锌空气电池的液相电解质。
固态电解质：首先在天平上称量20～30g四乙基氢氧化铵水溶液，常温磁力搅拌。随后称量2～4g聚乙烯醇或者聚丙烯酸，缓缓加入磁力搅拌中的四乙基氢氧化铵水溶液中，随后将所得的溶液随水浴锅从室温加热至90℃，共20～25min，随后至于冰箱中冷却在-10℃下冷冻2～3h促进电解质交联，形成固态电解质。
最后，进行锌电极的准备和锌空电池的组装
水系锌空：将厚度为0.3～0.5mm的锌片裁成约为长宽为均为2cm～3cm的块状，同时将中制备好的空气电极裁剪为相同大小后分别置于准备好的液相电解质中，如图1所示。
三明治结构：锌电极采用后的为0.3～0.5mm的纯锌片制作而成，将锌片同样剪切长为2cm～3cm宽为1cm～2cm的块儿状，组装钱先用砂纸打磨掉锌片表面的氧化物。将制备好的空气电极和电解质也裁剪成长为2cm～3cm宽为1cm～2cm的块儿状便于锌空电池组装。随后采用三明治结构的方式把按照锌电极，电解质和空气电极的顺利组装好，如图2所示，随后用空气电极端预先打好透气孔的铝塑膜进行电池封装。
电缆型结构：锌电极由厚度为0.5～1mm的锌丝构成，剪取一定长度的锌丝在砂纸上打磨去除氧化物后，随后用制备好的的电解质把锌丝包裹好，再用制备好的空气电极包裹在电解质外，如图3所示，随后用透气绷带密封加固来制备电缆结构的锌空气电池。
使用武汉蓝电测试系统CT2001A对采用四乙基氢氧化铵和聚乙烯醇体系的固态电解质在密封状态放置10天后组装为锌空气电池进行测试，如附图4所示，该电池仍然可以在此电流密度下工作将近25h；如图5所示，该电池仍然可以在此电流密度下工作将近30h。
根据本发明内容进行工艺参数的调整，均可实现本发明的技术目的，且表现出与实施例基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于锌空电池的高稳定性电解质，其特征在于，所述电解质为四乙基氢氧化铵的水溶液或者添加聚乙烯醇或聚丙烯酸的四乙基氢氧化铵的固态电解质。
2.根据权利要求1所述的一种用于锌空电池的高稳定性电解质，其特征在于，四乙基氢氧化铵的水溶液浓度为2～4mol·L-1。
3.根据权利要求1所述的一种用于锌空电池的高稳定性电解质，其特征在于，所述聚乙烯醇或聚丙烯酸的加入量与四乙基氢氧化铵水溶液质量的比例为(1—5)：(20—30)，优选(2—4)：(20—30)，在四乙基氢氧化铵水溶液中，四乙基氢氧化铵质量百分数为25～35wt％。
4.根据权利要求1或者3所述的一种用于锌空电池的高稳定性电解质，其特征在于，聚乙烯醇或聚丙烯酸的数均分子量为10万—20万。
5.一种用于锌空电池的高稳定性电解质的制备方法，其特征在于，选择将四乙基氢氧化铵加水配置成四乙基氢氧化铵水溶液，即得液相电解质；选择将液相电解质进行常温搅拌，再加入聚乙烯醇或聚丙烯酸，水浴加热至80—90摄氏度，均匀分散后自然冷却至室温，冷冻处理之后，即得固态电解质。
6.根据权利要求5所述的一种用于锌空电池的高稳定性电解质的制备方法，其特征在于，在液相电解质中，四乙基氢氧化铵浓度为2～4mol·L-1。
7.根据权利要求5所述的一种用于锌空电池的高稳定性电解质的制备方法，其特征在于，在进行固态电解质制备时，选择在-8—-10℃下冷冻2～3h。
8.四乙基氢氧化铵作为电解质在锌空电池中的应用。
9.根据权利要求8所述的四乙基氢氧化铵作为电解质在锌空电池中的应用，其特征在于，所述锌空气电池为水系锌空气电池、三明治结构的固态锌空气电池、电缆型结构的固态锌空电池中的任一种。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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