常温固态聚合物电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了常温固态聚合物电解质及其制备方法和应用，所述电解质包括以下步骤：将聚偏氟乙烯粉末与

【技术实现步骤摘要】
常温固态聚合物电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学气体传感器
，具体涉及常温固态聚合物电解质及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，食品消费模式逐渐改变着人们的饮食习惯和生活方式，其中最显著的趋势是外卖食品消费的快速增长
。
特别是在中国，外卖食品行业已经占有全球市场收入的
60
％
。
据统计，截至
2020
年，中国外卖行业已经产生了
170
亿个订单，并拥有5千万名消费者
。
然而，外卖食品对人体健康有一定的不利影响，比如容易引发肥胖
、
高胆固醇和肠易激综合症等
。
肠易激综合症是一种消化疾病，其患病率极高，严重影响人们的生活质量
。
根据研究表明，患有肠易激综合症的人体呼出气体组分中含有超过
20ppm
的氢气
。
因此，采用气体传感器检测呼出气中的氢气能够实现对人体健康状态的监测，这将成为越来越具吸引力的解决方案
。
[0003]电化学气体传感器具有高灵敏度和良好选择性等优点，因此被广泛应用于工业领域
。
目前在氢气检测领域，电化学气体传感器主要采用贵金属工作电极
(
如
Pt)
和全氟磺酸离子膜电解质
(
如
Nafion
膜
)。
然而，由于
Nafion/>膜苛刻的工作条件和昂贵的制造成本，使得基于
Nafion
膜作为固态电解质的电化学气体传感器无法应用于日常生活
。
因此，需要一种适用性好且价格低廉的替代电解质
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供常温固态聚合物电解质及其制备方法和应用，其适用性好且价格低廉
。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了常温固态聚合物电解质的制备方法
。
根据本专利技术的实施例，所述方法包括以下步骤：
[0006]步骤1：将聚偏氟乙烯粉末与
N,N
二甲基甲酰胺溶液在室温下混合搅拌均匀形成溶液，然后烘干得到
PVDF
基膜；
[0007]步骤2：对
PVDF
基膜进行化学改性，先对
PVDF
基膜进行碱化处理，使其产生碳碳双键，之后将聚苯乙烯接枝到
PVDF
上，最后放入浓硫酸进行磺化，得到聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸膜，即为所述常温固态聚合物电解质
。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的常温固态聚合物电解质的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤1中，聚偏氟乙烯与
N,N
二甲基甲酰胺的质量比为
15:85
，烘干温度为
60
‑
70℃
，烘干时间为1‑
2h
，薄膜厚度为
0.08
‑
0.13mm。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤2中，碱化处理所用试剂为氢氧化钠
‑
乙醇溶液，碱化温度为
70℃
，碱化时间为
70min。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤2中，接枝步骤如下，将碱化处理后的
PVDF
基
膜洗净后放入过氧化苯甲酰
、
四氢呋喃和苯乙烯的混合液中，在
70℃
的水浴下进行
12
‑
16h
的接枝反应，得到聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯膜，然后放入二氯甲烷溶胀1‑
2h。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤2中，磺化温度为
70
‑
80℃
，磺化时间为8‑
12h。
[0013]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种根据所述的常温固态聚合物电解质的制备方法制备得到的常温固态聚合物电解质
。
[0014]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了常温固态聚合物基电化学氢气传感器的制备方法，在本专利技术的实施例中，所述方法包括以下步骤：以
Pt/C
为工作电极和参比电极
、Pt
为对电极，以所述的常温固态聚合物电解质为电解质，将常温固态聚合物电解质进行剪裁，利用挤压法将常温固态聚合物电解质均匀地覆盖在
Pt/C
工作电极上方，得到所述常温固态聚合物基电化学氢气传感器
。
[0015]另外，根据本专利技术上述实施例的常温固态聚合物基电化学氢气传感器的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述
Pt/C
工作电极的制备方法如下，将
Pt/C、
去离子水
、
异丙醇和
Nafion
溶液混合成均匀浆料，用玻璃笔涂敷在基底的工作电极和参比电极上，烘干以备用
。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，水
、
异丙醇
、Nafion
溶液的体积比为
2:3:4
，
Pt/C
的含量为
1.33g/mL
，涂敷厚度为
0.05
‑
0.1mm
，烘干温度为
60
‑
80℃
，烘干时间为
0.5
‑
1h。
[0018]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种根据所述的常温固态聚合物基电化学氢气传感器的制备方法制备得到的常温固态聚合物基电化学氢气传感器
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术设计的常温固态聚合物基电化学氢气传感器选择性好
、
灵敏度高
、
成本低
、
体积小
、
可集成和批量化生产
、
可室温工作
。
此外，相较于液态电解质而言，该固态聚合物基电化学氢气传感器既不需要电解液，也不需要粘结剂，只需要固态聚合物电解质薄膜与电极紧密接触
。
当目标气体
H2到达电极上，便可发生电化学反应，工作电极上产生的
H
+
通过固态聚合物电解质薄膜达到对电极上，从而产生响应电流，便可直观的观察到传感器对气体的响应情况
。
固态电解质取代了液体电解质去传导
H
+
，因此能够有效避免传统液体电解质基电化学传感器存在的液体泄露等问题
。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1中常温固态聚合物电解质的合成路线图；
[0022]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
常温固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将聚偏氟乙烯粉末与
N,N
二甲基甲酰胺溶液在室温下混合搅拌均匀形成溶液，然后烘干得到
PVDF
基膜；步骤2：对
PVDF
基膜进行化学改性，先对
PVDF
基膜进行碱化处理，使其产生碳碳双键，之后将聚苯乙烯接枝到
PVDF
上，最后放入浓硫酸进行磺化，得到聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸膜，即为所述常温固态聚合物电解质
。2.
根据权利要求1所述的常温固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，聚偏氟乙烯与
N,N
二甲基甲酰胺的质量比为
15:85
，烘干温度为
60
‑
70℃
，烘干时间为1‑
2h
，薄膜厚度为
0.08
‑
0.13mm。3.
根据权利要求1所述的常温固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，碱化处理所用试剂为氢氧化钠
‑
乙醇溶液，碱化温度为
70℃
，碱化时间为
70min。4.
根据权利要求1所述的常温固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，接枝步骤如下，将碱化处理后的
PVDF
基膜洗净后放入过氧化苯甲酰
、
四氢呋喃和苯乙烯的混合液中，在
70℃
的水浴下进行
12
‑
16h
的接枝反应，得到聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯膜，然后放入二氯甲烷溶胀1‑
2h。5.
根据权利要求1所述的常温固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，磺化温度为

【专利技术属性】
技术研发人员：郭友敏，张越，马秀明，林阳娟，杨正，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：