【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属燃料电池，具体涉及一种用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质、及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着现代社会的快速发展，能源危机问题日益显著，迫切需要一种高效且可持续的能源转换和储存技术。铝空气电池具有较高的理论能量密度，可达8100 wh kg-1，实际比能量密度已实现400 wh kg-1，超过现有的锂离子电池。同时，能快速的机械式充电，使用寿命长等优势使得这种电池被大量研究。其中，电解质作为铝空气电池的核心组成，其性能的优劣直接影响铝空气电池的电化学性能。
2、在传统液态铝空气电池中，电解液在使用过程中容易发生泄漏，铝阳极自腐蚀反应较严重，产生大量的氢气，释放大量的热存量，存在安全问题。同时，空气阴极长时间浸泡在电解液中，透气性差，会导致催化性能降低，严重降低电池的使用寿命。
3、凝胶聚合物电解质（gpes）主要有有机聚合物框架和电解液液态组分，与液态电解质相比具有不易泄漏、良好的机械性能和热稳定性，能够有效减少安全问题的发生。其中，最常见的制备凝胶的聚合物材料为聚乙烯醇（pva），因其化学性能稳定和制备简单等优势受到研究人员的广泛关注。liu等将聚环氧乙烷 （peo）和 n,n'-亚甲基双丙烯酰胺（mba）引入到用于铝空气电池的聚乙烯醇（pva）凝胶电解质中，成功制备出具有优异电化学性能的柔性铝空气电池。然而，凝胶电解质仍存在界面接触和力学性能差等问题，需要进一步优化解决。
4、明胶是蛋白质胶原蛋白的一种非特异性衍生物，含有大量的羟基以及许多的羧基和氨基，具有
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术目的在于提供一种用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质，该凝胶电解质具有高耐碱性和力学性能，凝胶内部能够容纳高浓度的强碱溶液并保持稳定，所构建的双网络结构能有效改善与铝阳极的接触界面，提高铝空气电池的寿命和安全性。
2、本专利技术还提供了上述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法及其应用。
3、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、一种用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其包括如下步骤：
5、1）称取一定量明胶粉末溶于去离子水中，获得呈淡黄色的明胶溶液；
6、2）称取一定量高分子聚合物，缓慢加入到明胶溶液中，混合均匀，获得溶液a；
7、3）配制一定浓度的碱溶液，逐滴加入到溶液a中，混合均匀，获得淡黄色透明的溶液b；
8、4）将溶液b倒入模具中，静置一段时间，即得碱性双网络结构的明胶基凝胶聚合物电解质。
9、具体的，步骤1）中，明胶溶液的质量浓度可以为4-8%，可以在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌2-4 h，获得明胶溶液。
10、具体的，步骤2）中，所述高分子聚合物可以为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等中的一种或多种，溶液a中高分子聚合物的质量浓度为2-6%。
11、进一步的，步骤2）中，可以在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌1-2 h以混合均匀。
12、具体的，步骤3）中，所述碱溶液可以为氢氧化钠和氢氧化钾溶液等中的一种或两种，碱溶液浓度为1-6 mol/l，碱溶液在溶液b中的体积占比为5-15%。
13、进一步的，步骤3）中，可以在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌1-2 h以混合均匀。
14、进一步的，步骤4）中，所述静置时间可以为24-48 h。
15、本专利技术提供了采用上述方法制备所得的双网络结构明胶基凝胶电解质。
16、本专利技术还提供了采用上述双网络结构明胶基凝胶电解质在制备铝空气电池中的应用。进一步的，可以将涂覆商用premetek 20%pt/c催化剂的导电碳布作为阴极，高纯铝板作为阳极，所制备的双网络结构明胶基凝胶电解质作为电解质。
17、本专利技术凝胶聚合物电解质是由明胶和高分子聚合物在氢键的作用下进行物理交联，所构建的双网络结构能提高凝胶的力学性能，凝胶电解质内部能够容纳高浓度强碱溶液并保持稳定，有效改善与铝阳极与的接触界面，减少析氢反应的发生，提高铝空气电池的寿命和安全性。同时，明胶和高分子聚合物通过氢键交联所形成的多孔结构能够存储大量液态电解质，提供较大的离子传输通道，提高oh-的迁移效率，有效改善铝空气电池的电化学性能。明胶与聚乙烯醇高分子聚合物比例为3:1时所制备的明胶基电解质表现出较优的性能，具有140 ms cm-1的离子电导率和36.3 mw cm-2的功率密度，显示出优异的电化学性能，可以满足铝空气电池的要求。
18、和现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
19、（1）本专利技术通过在明胶溶液内加入高分子聚合物，形成具有双网络结构的凝胶电解质，表现出良好的耐碱性能和机械性能。双网络结构的构建有效的改善了明胶基凝胶电解质与铝阳极的接触界面。同时，明胶和高分子聚合物通过氢键交联所形成的多孔结构使得电解液能大量被储存，并提供较大的离子传输通道，促进了oh-的迁移，提高凝胶电解质的离子电导率，有效改善铝空气电池的电化学性能。所制备碱性凝胶电解质的电导率为140ms cm-1，铝空气电池功率密度为36.3 mw cm-2，可实现持续稳定的长时间放电，满足铝空气电池的使用要求。
20、（2）本专利技术所述的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备工艺简单易操作，所采用原材料成本低廉，绿色环保，可实现大规模批量生产，具有良好的应用前景。所制备凝胶电解质具有结构稳定和良好的电化学性能，铝空气电池工作电压稳定，表现出优异的放电性能，可适应于不同场景条件的应用。
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1.一种用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤1）中，明胶溶液的质量浓度为4-8%，在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌2-4h，获得明胶溶液。
3.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述高分子聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种，溶液A中高分子聚合物的质量浓度为2-6%。
4.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤2）中，在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌1-2 h混合均匀。
5.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述碱溶液为氢氧化钠和氢氧化钾溶液中的一种或两种，碱溶液浓度为1-6 mol/L，碱溶液在溶液B中的体积占比为5-15%。
6.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶
7.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤4）中，所述静置时间为24-48 h。
8.采用权利要求1至7任一所述方法制备所得的双网络结构明胶基凝胶电解质。
9.权利要求8所述双网络结构明胶基凝胶电解质在制备铝空气电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤1）中，明胶溶液的质量浓度为4-8%，在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌2-4h，获得明胶溶液。
3.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述高分子聚合物为聚乙烯醇、聚环氧乙烷、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠中的一种或多种，溶液a中高分子聚合物的质量浓度为2-6%。
4.如权利要求1所述用于金属燃料电池的双网络结构明胶基凝胶电解质的制备方法，其特征在于，步骤2）中，在40-60℃的水浴锅中磁力搅拌1-2 h混合均匀。
【专利技术属性】
技术研发人员：郭帅，胡俊华，雷红红，班锦锦，曹国钦，刘凡凡，李荣荣，李小丽，朱金阳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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