【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质及其制备方法与应用，属于能源储存与纳米材料制备。
技术介绍
1、随着能源需求的不断增长和对可再生能源的日益关注，能源储存技术成为一项重要的研究领域。锌空气电池(zabs)由于其高能量密度、低成本和环境友好性而备受关注，被广泛应用于电动车辆、储能系统和便携设备等领域。在锌空气电池中，电解质起着重要的作用，它充当离子传递的媒介，确保电池正常运行。传统的锌空气电池电解质通常使用氢氧化钾(koh)溶液，但它存在浓度损失和碱腐蚀性的问题，限制了电池的长期稳定性和寿命。
2、近年来，聚合物基凝胶电解质因其高离子传导性、化学稳定性和机械柔韧性而成为锌空气电池领域的研究热点。聚丙烯酸钠(pana)是一种常用的聚合物电解质材料，具有良好的离子传导性和化学稳定性。然而，由于聚丙烯酸钠单一分子链网络的局限性，如吸水溶胀、较弱的耐碱性以及低保水性，导致其在提升柔性锌空气电池整体性能方面存在一定的限制。
3、为了解决这一问题，研究人员开始探索制备聚丙烯酸钠基凝胶电解质的方法。一种常见的方法是通过交联聚合来制备凝胶电解质，其中交联剂可以将聚丙烯酸钠分子连接在一起形成三维网络结构，从而提高凝胶的稳定性和机械强度。此外，纳米材料的引入也成为提高聚丙烯酸钠基凝胶电解质性能的重要途径。纳米颗粒具有较大的比表面积和尺寸效应，可以增强凝胶的离子传导性和机械强度。常见的纳米材料包括氧化锌纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒等。但现有技术中制备的聚丙烯酸钠基凝胶电解质应用于锌空气电池，依然存在柔性、离子
4、为了解决上述问题，提出本专利技术。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质及其制备方法与应用。本专利技术通过掺入纳米纤维素(cnf)和氧化石墨烯纳米带(gonr)于交联聚丙烯酸钠(pana)电解质中，提供了一种改良的凝胶电解质材料。本专利技术所得电解质材料具有高吸水保水性、高稳定性、良好的柔性以及机械性能；应用于锌空气电池具有高电导率，优异的循环稳定性、倍率性能和比容量，高放电功率密度等优异的电池性能，提升了柔性锌空气电池的安全性能，确保锌空气电池可以在弯曲、折叠、甚至在剪切状态下保持良好的循环稳定性。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质，所述电解质为含有氧化石墨烯纳米带和纳米纤维素的n,n'-亚甲基双丙烯酰胺交联聚丙烯酸钠。
4、根据本专利技术优选的，氧化石墨烯纳米带是由碳纳米管裂解得到，长度为0.1-5μm，宽度为1-5nm；纳米纤维素的微观形貌为纳米纤维，长度为0.5-5μm，宽度为20-50nm。
5、上述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，包括步骤：
6、(1)将单壁碳纳米管(swcnt)加入至浓硫酸中，在搅拌条件下加入氧化剂，经氧化反应，然后经过滤、洗涤、干燥、研磨得到氧化石墨烯纳米带；
7、(2)将丙烯酸和氢氧化钠水溶液充分混合均匀；加入纳米纤维素和氧化石墨烯纳米带，充分分散均匀；加入过硫酸钾和n,n'-亚甲基双丙烯酰胺，充分混合均匀，去除气泡，得到混合液；混合液经交联反应、干燥，然后浸没于电解质溶液中，经浸泡处理得到高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质。
8、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，单壁碳纳米管(swcnt)在使用前还包括退火处理的步骤，以确保其纯度；退火处理温度为200-400℃，退火处理时间为20-40分钟，退火处理气氛为空气。优选的，单壁碳纳米管(swcnt)的平均直径为0.5-1.5nm，长度为0.5-5μm。
9、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，浓硫酸的质量浓度为90％-98％。
10、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，氧化剂为高锰酸钾；氧化剂与单壁碳纳米管的质量比为1：4-6。氧化剂需要缓慢地加入，需要小心进行，以避免产生过高的温度。
11、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，单壁碳纳米管的质量和浓硫酸的体积比为1:3-5mg/ml。
12、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，氧化反应的温度为40-60℃，反应时间为1-3h，氧化反应是在搅拌条件下进行的。
13、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，洗涤是使用去离子水进行洗涤，以去除多余的氧化剂和杂质。
14、根据本专利技术，步骤(1)中，使用机械研磨的方法进行碾磨和分散处理，以获得更细小且均匀的氧化石墨烯纳米带粉末；优选的，研磨时间为5-20min。
15、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，氢氧化钠水溶液的浓度为1-5mol/l。
16、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，丙烯酸和氢氧化钠的质量比为1.5-2:1。
17、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，氢氧化钠水溶液是在冰浴、搅拌条件下逐滴滴加至丙烯酸中。上述加入方式为逐滴滴加，否则会导致絮状沉淀的生成，迫使操作终止。
18、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，纳米纤维素是采用质量浓度为1％-2％的纳米纤维素水溶液。要确保纳米纤维素均匀分散于溶液中，否则将导致纳米纤维素团聚，不利于形成均匀的凝胶薄膜。
19、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，丙烯酸、纳米纤维素和氧化石墨烯纳米带的质量比为1000-1400:16.5-17.5:1-5，优选为1200-1400:16.9:2-3，最优选为1200:16.9:3。
20、根据本专利技术优选的，步骤(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质，其特征在于，所述电解质为含有氧化石墨烯纳米带和纳米纤维素的N,N'-亚甲基双丙烯酰胺交联聚丙烯酸钠。
2.根据权利要求1所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质，其特征在于，氧化石墨烯纳米带是由碳纳米管裂解得到，长度为0.1-5μm，宽度为1-5nm；纳米纤维素的微观形貌为纳米纤维，长度为0.5-5μm，宽度为20-50nm。
3.如权利要求1或2所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，包括步骤：
4.根据权利要求3所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
5.根据权利要求3所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
6.根据权利要求3所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，包括以下条件中的一项或多项：
7.根据权利要求3所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解
8.如权利要求1或2所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的应用，其特征在于，作为电解质应用于锌空气电池。
9.根据权利要求8所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的应用，其特征在于，锌空气电池包括：正极、电解质和负极；所述负极为锌箔；所述正极的制备方法包括步骤：将Co3O4纳米颗粒、炭黑、Nafion溶液和2-丙醇混合均匀，然后涂覆在碳布上，经干燥得到正极。
10.根据权利要求9所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的应用，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：
...【技术特征摘要】
1.一种高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质，其特征在于，所述电解质为含有氧化石墨烯纳米带和纳米纤维素的n,n'-亚甲基双丙烯酰胺交联聚丙烯酸钠。
2.根据权利要求1所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质，其特征在于，氧化石墨烯纳米带是由碳纳米管裂解得到，长度为0.1-5μm，宽度为1-5nm；纳米纤维素的微观形貌为纳米纤维，长度为0.5-5μm，宽度为20-50nm。
3.如权利要求1或2所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，包括步骤：
4.根据权利要求3所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
5.根据权利要求3所述高性能锌空气电池用聚丙烯酸钠基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，包括以下条件中的一项或多项：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李虎，刘文成，
申请(专利权)人：苏州镭盟光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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