一种水泥基电化学储能器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学技术领域，具体涉及一种水泥基电化学储能器件及其制备方法。本发明专利技术的水泥基电化学储能器件的制备方法包括下述步骤：(1)将聚丙烯酸、氢氧化钾溶液、硅酸盐水泥和碳纳米管的均匀混合物倒入模具中；(2)在所述混合物凝固前，插入两个电极片，分别作为正极和负极；(3)养护，即得所述水泥基电化学储能器件。本发明专利技术提出的水泥基电化学储能器件可应用于土木工程领域，今后有望实现建筑储电一体化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
一种水泥基电化学储能器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学
，具体涉及一种水泥基电化学储能器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]我国有大量的边防哨所、偏远军事基地、临时军事设施等，这些地区远离供电线路，难以稳定供电，严重影响军事设施和装备的正常运转以及官兵的起居、医疗等保障。硅酸盐水泥作为世界上使用最广泛的材料，有着较高的抗压性能，是一种应用比较广泛的建筑材料。如果能将电能储存在水泥等建筑材料里，将能解决上述特殊应用场景下的能量储存问题。硅酸盐水泥具有一定的孔隙率以方便离子的自由传输，是一种有潜力的低成本固态电解质材料应用于电化学储能器件。在这些电化学储能器件中，目前多采用锂/钠/钾离子电池储能，但其存在易爆、循环次数少、使用环境要求高等问题。而超级电容器是近些年来发展的一种新型的储能器件，是介于传统的电容器和充电电池之间的一种新型的储能装置。它拥有着比金属离子电池更长的使用寿命，更快的充放电速率以及更宽的使用温度范围。
[0003]Ti3C2T
x
MXene是一种具有典型的二维层状结构特征，其具有比表面积大、导电性好、热及化学稳定性好、亲水性、丰富的表面基团等特点，而且和硅酸盐水泥具有良好的兼容性，是一种理想的电极材料。
[0004]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种水泥基电化学储能器件及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种水泥基电化学储能器件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将聚丙烯酸、氢氧化钾溶液、硅酸盐水泥和碳纳米管的均匀混合物倒入模具中；(2)在所述混合物凝固前，插入两个电极片，分别作为正极和负极；(3)养护，即得所述水泥基电化学储能器件。
[0007]优选地，所述混合物中，所述聚丙烯酸与所述硅酸盐水泥的质量比为1
‑
8wt％；所述氢氧化钾溶液中，氢氧化钾的浓度为1
‑
6mol/L；水灰比为0.35
‑
0.45。
[0008]优选地，所述碳纳米管与硅酸盐水泥的质量比为0.5％
‑
2％。
[0009]优选地，步骤(2)中，所述电极片按照包括下述步骤的方法制备得到：A.对Ti3C2T
x MXene、乙炔黑和PTFE溶液进行混合研磨；B.将经步骤A处理所得混合物涂抹于泡沫镍上，干燥，即得所述电极片。
[0010]优选地，所述Ti3C2T
x MXene、乙炔黑和PTFE的质量比为(7.0
‑
9.5):(0.5
‑
2.0):(0.5
‑
2.0)。
[0011]优选地，步骤(2)之前还包括对泡沫镍进行洗涤和干燥的步骤；所述洗涤包括：先后采用盐酸、去离子水和无水乙醇进行洗涤；所述盐酸的浓度为2.5
‑
3.5mol/L，盐酸洗涤的
时间≤5min；所述去离子水洗涤的时间≤10min；所述无水乙醇洗涤的时间≤5min。
[0012]优选地，所述干燥的温度为55
‑
65℃，干燥的时间≥10h。
[0013]优选地，步骤B中，所述泡沫镍呈长方体状，所述泡沫镍的宽度为0.5
‑
1.5cm，长度为3.5
‑
1.5cm。
[0014]优选地，步骤(3)中，所述养护在室温下进行，养护的时间为3
‑
8天。
[0015]本专利技术还提供了一种水泥基电化学储能器件，其采用下述技术方案：一种水泥基电化学储能器件，所述水泥基电化学储能器件采用如上所述的方法制备得到。
[0016]有益效果：
[0017](1)本专利技术的水泥基电化学储能器件的力学性能好，且所采用的电极片导电性能优良，可以使导电率增高，能大幅度的提高电容器的能源利用率。
[0018](2)MXene具有良好的柔韧性和耐腐蚀性，应用于本专利技术的水泥基电化学储能器件中，表现出优异的循环性和高放电比容量。
[0019](3)本专利技术提出的水泥基电化学储能器件在土木工程领域的应用，今后有望实现建筑储电一体化。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：
[0021]图1为本专利技术实施例提供的循环伏安曲线图；其中，图1(a)
‑
(c)：是在碳纳米管含量分别为0.5％(0.125g)、1.0％(0.25g)和2.0％(0.5g)时，电化学测试中实施例2
‑
4的水泥基电化学储能器件在不同扫速下所对应的循环伏安测试(CV)曲线图；1(d)是在碳纳米管不同含量时，电化学测试中扫速为100mV s
‑1下所对应的循环伏安测试(CV)曲线对比图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的充放电曲线图；其中，图2(a)
‑
(c)：是在碳纳米管含量分别为0.5％(0.125g)、1.0％(0.25g)和2.0％(0.5g)时，电化学测试中实施例2
‑
4的水泥基电化学储能器件在不同电流密度下所对应的充放电曲线图；1(d)是在碳纳米管不同含量时，电化学测试中电流密度为0.3Ag
‑1下所对应的充放电曲线对比图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的阻抗曲线图；其中，图3(a)
‑
(c)：是在碳纳米管含量分别为0.5％(0.125g)、1.0％(0.25g)和2.0％(0.5g)时，电化学测试中实施例2
‑
4的水泥基电化学储能器件的阻抗曲线图；3(d)是在碳纳米管不同含量时，电化学测试中阻抗曲线对比图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的抗压强度图；其中，图4(a)是在不同碳纳米管含量下的七天抗压强度；图4(b)是在不同KOH含量下的七天抗压强度；图4(c)是在不同PAA含量下的七天抗压强度；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的水泥基电化学储能器件的结构原理图。
具体实施方式
[0026]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]下面将结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]本专利技术针对目前存在的问题，提供一种水泥基电化学储能器件的制备方法，包括下述步骤：(1)将聚丙烯酸、氢氧化钾溶液、硅酸盐水泥和碳纳米管的均匀混合物倒入模具中；(2)在混合物凝固前，插入两个电极片，分别作为正极和负极；(3)养护，即得水泥基电化学储能器件。
[0029]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水泥基电化学储能器件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将聚丙烯酸、氢氧化钾溶液、硅酸盐水泥和碳纳米管的均匀混合物倒入模具中；(2)在所述混合物凝固前，插入两个电极片，分别作为正极和负极；(3)养护，即得所述水泥基电化学储能器件。2.根据权利要求1所述的水泥基电化学储能器件的制备方法，其特征在于，所述混合物中，所述聚丙烯酸与所述硅酸盐水泥的质量比为1
‑
8wt％；所述氢氧化钾溶液中，氢氧化钾的浓度为1
‑
6mol/L；水灰比为0.35
‑
0.45。3.根据权利要求1所述的水泥基电化学储能器件的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管与硅酸盐水泥的质量比为0.5％
‑
2％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的水泥基电化学储能器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电极片按照包括下述步骤的方法制备得到：A.对Ti3C2T
x MXene、乙炔黑和PTFE溶液进行混合研磨；B.将经步骤A处理所得混合物涂抹于泡沫镍上，干燥，即得所述电极片。5.根据权利要求4所述的水泥基电化学储能器件的制备方法，其特征在于，所述Ti3C2T
x MXene、乙炔黑和PTFE的质量比为(7.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏启勋，朱子阳，周爱国，朱建平，管学茂，司丽君，刘可可，黄辉，杨传嵩，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：