一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术属于建筑材料与电化学材料领域，具体指一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质及其制备方法，由以下重量份的组分制成：5～70份丙烯酸，5～70份丙烯酰胺，2～30份2

【技术实现步骤摘要】
一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑材料与电化学材料领域，具体涉及一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]在能源消费结构中，建筑能耗已占社会能源消费总量的很大一部分，而且随着人们对生活质量要求的不断提高，这一比重逐渐提高。因此，建筑节能被认为是实现碳减排目标的关键领域。因此，结构型超级电容器(StucturalSupercapacitor，SSC)越来越受到人们的关注。常见的能量存储系统包括电池和超级电容器，其仅存储电能，需要外部封装以确保机械完整性。而在SSC中，结构电极和结构电解质本身被设计为实现电化学性能并同时承受机械负载，使得它们实现整个系统的重量和体积的减小。SSC是一种集机械负载和电化学储能于一体的多功能储能系统，在航空航天、汽车、建筑等领域引起了广泛的研究兴趣。
[0003]众所周知，在SSC中，电极不能像传统超级电容(SC)那样充分发挥其储能能力，这主要是由于全固态的结构电解质不能快速为电极输送足够的离子传导相。此外，常见的全固态结构电解质难以进行二次加工成型以满足组装电池或SSC的需求。因此有必要开发一种与电极兼容且易二次加工成型的结构固态电解质。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的提供一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质及制备方法，旨在解决常见的结构能量存储系统中电容器灵活性差，不易加工，机械强度低的问题，本专利技术的固态电解质具有前期质地柔软、后期长效且机械性能优异的优点。本专利技术的制备方法，工艺步骤简单，可操控性强，对设备要求低，适合工业化大规模生产。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质，所述固态电解质由以下重量份的组分制成：5～70份丙烯酸(AA)，5～70份丙烯酰胺(AM)，2～30份2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)，2～43份氢氧化钠(NaOH)，0.2～0.8份NN
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亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，0.2～0.8份硫代硫酸钠(Na2S2O3)，0.2～0.8份过硫酸铵((NH4)2S2O8)，0.2～0.8份三氟甲磺酸锂(CF3SO3Li)，800～900份天然水硬性石灰(NHL2)，500～600份水。
[0007]本专利技术还提供了制备固态电解质的制备方法：
[0008]步骤1：将氢氧化钠溶于部分水中并与丙烯酸中和；
[0009]步骤2：称取丙烯酰胺、丙烯酰胺2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、NN
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亚甲基双丙烯酰胺、硫代硫酸钠、过硫酸铵、三氟甲磺酸锂并依次加入步骤1中的中和溶液中，制成前驱液；
[0010]步骤3：将天然水硬性石灰和剩余水并搅拌均匀成浆体，将步骤2所制备前驱液倒入浆体中再次搅拌均匀。
[0011]还包括步骤4：将步骤3制备的固态电解质浆料成型制成坯料，24h后脱模。
[0012]还包括步骤5：对步骤4脱模后的坯料进行二次成型，然后固化。
[0013]制备的水硬性石灰基固态电解质经成型脱模后，在前期具有非常好的柔性，非常方便二次成型加工。因此，在制备好水硬性石灰基固态电解质后，可以根据所需的形状，通过模具或其他成型治具二次加工制成所需的形状尺寸，然后直接在空气中或养护箱中固化成型，最后打磨抛光即可。
[0014]本专利技术以水硬性石灰为基体，加入有机物前驱体和具有离子传输能力的有机盐电解质。前驱体在基体中原位形成的三维网络状树脂增加早期可塑性的同时，有机盐提高了离子传输效率。该配方通过选择特定的盐和适当的浓度，可实现扩展电解质的操作电压。采用石灰基固态电解质组装的SSC不仅能承受较高的外载荷，而且具有优良的能量转换效率，这为高性能SSC带来了新的见解。
[0015]本专利技术的水硬性石灰基固态电解质，为无机材料和有机材料混合形成的复合材料。其中天然水硬性石灰为无机基体，其成本低并且机械强度优异；其余组分可在复合材料中形成三维网络结构并均匀分布在基体中，使材料具有高孔隙率、优异的机械强度、和多孔结构，为大量的离子传输提供了路径。该固态电解质前期质地柔软易于加工成型，后期长效且机械性能优异，并具有离子传输能力。
附图说明
[0016]图1是不同有机物添加量的固结龄期为7d和28d的固态电解质抗压与抗折强度，其中图a为抗压强度，图b为抗折强度。
[0017]图2是不同有机物添加量的电解质粘结强度。
[0018]图3是固态电解质的形貌SEM图片。
[0019]图4是固态电解质的TEM图片。
[0020]图5是固态电解质的离子电导率。
[0021]图6是固态电解质外观图，图(a)为实物图，图(b)为前期超柔软性。
具体实施方式
[0022]本专利技术的早期超柔性水硬性石灰基固态电解质，由以下重量份的组分制成：5～70份丙烯酸(AA)，5～70份丙烯酰胺(AM)，2～30份2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)，2～43份氢氧化钠(NaOH)，0.2～0.8份NN
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亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，0.2～0.8份硫代硫酸钠(Na2S2O3)，0.2～0.8份过硫酸铵((NH4)2S2O8)，0.2～0.8份三氟甲磺酸锂(CF3SO3Li)，800～900份天然水硬性石灰(NHL2)，500～600份去离子水(除天然水硬性石灰外，所有试剂均为化学纯)。
[0023]其制备方法包括以下步骤：
[0024]步骤1：将氢氧化钠溶于部分水中并与丙烯酸中和；
[0025]步骤2：称取丙烯酰胺、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、NN
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亚甲基双丙烯酰胺、硫代硫酸钠、过硫酸铵、三氟甲磺酸锂并依次加入步骤1中的中和溶液中，制成前驱液；
[0026]步骤3：将天然水硬性石灰和剩余水并搅拌均匀成浆体，将步骤2所制备前驱液倒入浆体中再次搅拌均匀；
[0027]还包括步骤4：将步骤3制备的固态电解质浆料进行坯料成型，24h后脱模。
[0028]还包括步骤5：对步骤4制备的坯料进行二次成型，然后固化。
[0029]下面举几个较佳实施例对制备方法进行具体说明。
[0030]实施例1
[0031]1)称取15g氢氧化钠溶解于50g水中，后称取5g丙烯酸与其中和；
[0032]2)称取5g丙烯酰胺，15g2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸，0.2gNN
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亚甲基双丙烯酰胺，0.2g硫代硫酸钠、0.2g过硫酸铵、0.2g三氟甲磺酸锂依次溶解于步骤1溶液，配置成前驱液。
[0033]3)称取800g天然水硬性石灰和450g水搅拌均匀成浆体，将步骤2前驱液倒入浆体后再次搅拌均匀。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种早期超柔性水硬性石灰基固态电解质，由以下重量份的组分制成：5～70份丙烯酸，5～70份丙烯酰胺，2～30份2
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丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸，2～43份氢氧化钠，0.2～0.8份NN
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亚甲基双丙烯酰胺，0.2～0.8份硫代硫酸钠，0.2～0.8份过硫酸铵，0.2～0.8份三氟甲磺酸锂，800～900份天然水硬性石灰，500～600份水。2.权利要求1所述的早期超柔性水硬性石灰基固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将氢氧化钠溶于部分水中并与丙烯酸中和；步骤2：将丙烯酰胺、2
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱建锋，高妍晖，李允峰，张彪，施佩，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：