一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法与应用，其制备方法为：将丙烯酰胺加入到引发剂水溶液中混合均匀；然后依次加入[2

【技术实现步骤摘要】
一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶电解质
，具体是一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]近年来，柔性可穿戴电子产品备受关注，而储能产品作为其中十分重要的一环，开始被广泛研究。其中，水系铝空气电池具有理论能量密度高、环境友好、铝储量大、安全性高等优点，但是却存在电解液泄露、电解液易结冰等缺陷。
[0003]水凝胶作为一种介于固态电解质和液态电解质中的准固态电解质，一方面可以防止在使用过程中电池的电解液泄漏，从而更好地保证器件使用过程中的安全性。另一方面，能更好的与电极贴合减小接触电阻，提高电池性能。因此水凝胶电解质在水系铝空气电池研究领域的应用具有重要意义，目前，水凝胶准固态电解质多以化学交联为主，少有以缠结为主的水凝胶准固态电解质的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法与应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法，制备方法主要包括以下步骤：
[0007]步骤1：称取1
‑
2.5g丙烯酰胺，加入到2mL的引发剂水溶液中混合均匀；
[0008]步骤2：向步骤1得到的混合溶液中加入0.9
‑
2.2g的[2
‑
(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基<br/>‑
(3
‑
磺酸丙基)氢氧化铵(以下称DMAPS)，然后继续加入1.5g的甜菜碱，进行搅拌混合；
[0009]步骤3：将步骤2得到的混合溶液，静置一段时间待气泡消失；
[0010]步骤4：将步骤3中所得混合液体注入模具中，然后密封模具放入恒温烘箱中进行交联反应，最后获得水凝胶薄膜；
[0011]步骤5：将步骤4所得的水凝胶薄膜浸入电解液中一段时间，得到水凝胶电解质。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤1中引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或两种，并且所述引发剂水溶液浓度为0.01
‑
0.05mol/L。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤2中甜菜碱浓度在0.5
‑
1.5g/mL。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤4中恒温烘箱温度为55℃
‑
65℃，反应时间为2.5h
‑
4.5h。
[0015]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤5中水凝胶薄膜在电解液中的浸泡时间为24h
‑
72h。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤5中电解质可为氯化钠或氢氧化钾，所述氯化
钠为氯化钠水溶液，质量百分数为10％。所述的氢氧化钾为氢氧化钾水溶液，浓度为1
‑
6mol/L。
[0017]本专利技术的另一目的在于提供一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质在柔性铝
‑
空气电池中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所采用的制备方法绿色安全，并且制作工艺简单便捷，所制备的高缠结水凝胶具有极好的拉伸性能、较高的电解液吸涨率，并且吸收电解液后可应用于柔性铝
‑
空气电池中，具有广泛的适用性，对于柔性铝
‑
空气电池的生产应用有着重要的意义。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例5的扫描电镜图。
[0020]图2为本专利技术对比例1与实施例1
‑
4应力应变曲线图。
[0021]图3为本专利技术对比例2与实施例6
‑
10电解液吸收率。
[0022]图4为本专利技术实施例10和对比例2制得的铝
‑
空气电池的功率密度图。
[0023]图5为采用本专利技术实施例10和对比例2制得的铝
‑
空气电池的不同电流密度下的恒流放电图。
[0024]图6为采用本专利技术实施例10和对比例2制得的铝
‑
空气电池的开路电压图。
具体实施方式
[0025]下面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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例1，不同浓度缠结水凝胶中的一种水凝胶薄膜制备。
[0027]称取1.18g丙烯酰胺与2mL的0.01mol/L的引发剂水溶液混合均匀，后依次加入0.93gDMAPS和1.5g的甜菜碱继续搅拌混合，静置一段时间待气泡消失得混合溶液。将上述混合液体注入有2mm厚硅胶垫的玻璃模具中，密封后放入60℃烘箱中反应2.5h，获得具有高缠结结构的水凝胶薄膜。
[0028]实施例2，不同浓度缠结水凝胶中的一种水凝胶薄膜制备。
[0029]称取1.54g丙烯酰胺与2mL 0.01mol/L的引发剂水溶液混合均匀，后依次加入1.21gDMAPS和1.5g的甜菜碱继续搅拌混合，静置一段时间待气泡消失得混合溶液。将上述混合液体注入有2mm厚硅胶垫的玻璃模具中，密封后放入60℃烘箱中反应2.5h，获得具有高缠结结构的水凝胶薄膜。
[0030]实施例3，不同浓度缠结水凝胶中的一种水凝胶薄膜制备。
[0031]称取1.89g丙烯酰胺与2mL 0.01mol/L的引发剂水溶液混合均匀，后依次加入1.49gDMAPS和1.5g的甜菜碱继续搅拌混合，静置一段时间待气泡消失得混合溶液。将上述混合液体注入有2mm厚硅胶垫的玻璃模具中，密封后放入60℃烘箱中反应2.5h，获得具有高缠结结构的水凝胶薄膜。
[0032]实施例4，不同浓度缠结水凝胶中的一种水凝胶薄膜制备。
[0033]称取2.37g丙烯酰胺与2mL 0.01mol/L的引发剂水溶液混合均匀，后依次加入1.86gDMAPS和1.5g的甜菜碱继续搅拌混合，静置一段时间待气泡消失得混合溶液。将上述混合液体注入有2mm厚硅胶垫的玻璃模具中，密封后放入60℃烘箱中反应2.5h，获得具有高缠结结构的水凝胶薄膜。
[0034]对比例1，普通水凝胶薄膜制备。
[0035]称取1.89g丙烯酰胺与2mL 0.01mol/L的引发剂水溶液混合均匀。将上述液体注入有2mm厚硅胶垫的玻璃模具中，密封后放入60℃烘箱中反应2.5h，获得对比样水凝胶薄膜。
[0036]由上述实施例1
‑
4与对比例1进行拉伸测试所得的应力应变曲线如图2所示。图2结果表明不同浓度单体聚合所得的水凝胶薄膜力学性能有很大差异。甜菜碱与聚合物网络上的两性离子支链形成静电网络提高了水凝胶薄膜的延展性。当单体浓度上升，水凝胶薄膜力学强度增加。其中实施例3断裂能最大<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法，其特征在于,制备方法主要包括以下步骤：步骤1：称取1
‑
2.5g丙烯酰胺，加入到2mL的引发剂水溶液中混合均匀；步骤2：向步骤1得到的混合溶液中加入0.9
‑
2.2g的[2
‑
(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基
‑
(3
‑
磺酸丙基)氢氧化铵(以下称DMAPS)，然后继续加入1.5g的甜菜碱，进行搅拌混合；步骤3：将步骤2得到的混合溶液，静置一段时间待气泡消失；步骤4：将步骤3中所得混合液体注入模具中，然后密封模具放入恒温烘箱中进行交联反应，最后获得水凝胶薄膜；步骤5：将步骤4所得的水凝胶薄膜浸入电解液中一段时间，得到水凝胶电解质。2.根据权利要求1所述的一种以缠结为主的物理交联水凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤1中引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或两种，并且所述引发剂水溶液浓度为0.01
‑
0.05mol/L。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼，熊艺航，谭云，申银，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：