一种超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜及其制备方法和应用技术

发明专利技术公开了一种超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜及其制备方法和应用。该电解质膜以含亲水基团的环状大分子、直链状高分子、聚合物单体、交联剂、引发剂和电解质锌盐溶液为原料，通过特定的合成工艺制备而成。含亲水基团的环状大分子与直链状高分子之间形成机械互锁结构的准聚轮烷，限制阴离子迁移的同时增加游离锌离子的数量，提高锌离子迁移数，从而在水凝胶聚合物网络中构筑单锌离子传导体系。此设计不仅显著降低了水凝胶的含水量，还保持了优异的锌离子传导能力。该特性使水凝胶电解质膜非常适合作为锌离子电池的电解质膜，显著提升了电池的比容量、循环稳定性和能量密度。该制备方法简便易行，适合于工业化生产和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜及其制备方法和应用，属于柔性储能材料。

技术介绍

1、锌离子电池因其能量密度高、成本低及本征安全性高等优点，成为便携式和可穿戴电子设备的理想电源。为满足现代柔性设备的能源需求，已有研究采用水凝胶电解质作为离子传输通道，以确保锌离子电池在各种机械应变下的稳定性。传统的水凝胶基质通常通过吸收电解质盐溶液达到膨胀状态，以提高离子导电率。然而，由于水的强增溶作用，水凝胶的分子网络可能过度膨胀，导致与电极接触不良，进而影响其机械性能。此外，高含水量会增加电解质的质量，导致电池的能量密度下降；还会加剧副反应，从而降低电池的稳定性、安全性和整体性能。因此，在较低含水量下保持水凝胶电解质的高离子导电性是实现高性能柔性锌离子电池的关键。

2、目前广泛研究的水凝胶电解质主要基于聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚乙烯醇等聚合物基质。然而，这些材料形成的交联聚合物链无法有效传输离子，离子传输主要依赖于网络中的液态电解质。降低含水量后，离子传输过程往往受阻。提高锌离子迁移率的一个有效策略是改变水凝胶的结构，限制阴离子的迁移，本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，含亲水基团的环状大分子化合物为α-环糊精、葫芦[8]脲、2-(羟基甲基)-12-冠醚-4、杯[8]芳烃中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，直链状高分子化合物为聚氧化乙烯、聚丙二醇、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合；电解质锌盐溶液为硫酸锌溶液、高氯酸锌溶液、三氟甲烷磺酸锌溶...

【技术特征摘要】

1.一种超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，含亲水基团的环状大分子化合物为α-环糊精、葫芦[8]脲、2-(羟基甲基)-12-冠醚-4、杯[8]芳烃中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，直链状高分子化合物为聚氧化乙烯、聚丙二醇、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种的组合；电解质锌盐溶液为硫酸锌溶液、高氯酸锌溶液、三氟甲烷磺酸锌溶液中的一种。

4.根据权利要求1所述的超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，含亲水基团的环状大分子化合物与直链状高分子化合物的质量比为1:10-10:1；电解质锌盐溶液浓度为0.1-2mol/l；电解质锌盐与含亲水基团的环状大分子化合物的质量比为1:10-2:1；搅拌溶解的温度为40-60℃，搅拌溶解的时间为24-48h。

5.根据权利要求1所述的超低含水量的单锌离子传导水凝胶电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚合物单体为丙烯酰胺、...

【专利技术属性】
技术研发人员：章炜，季凌峰，夏欢，熊逸鹏，孙正明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：