[发明专利]一种镁空气纤维电池及其制备方法

说明书

本发明涉及新能源电池领域，更具体地说，涉及一种镁空气纤维电池及其制备方法。针对现有技术中存在的柔性不足，能量密度不高的问题，本发明提供了一种镁空气纤维电池及其制备方法，由从内到外依次设置的金属镁丝、有机凝胶层、水凝胶层和二氧化锰/碳纳米管复合薄膜以同轴结构组成。以有机凝胶/水凝胶双层凝胶作为电解液，采用凝胶态电解液取代了传统的液态电解液，从而实现了具有优良柔性的镁空气电池，且用时抑制了镁负极的化学腐蚀，改善了放电反应，保证电池的比容高且柔性好。

技术领域

本发明涉及新能源电池领域，更具体地说，涉及一种镁空气纤维电池及其制备方法。

背景技术

近年来，可穿戴及可植入的电子设备蓬勃发展，这些新型的电子设备因为具有更佳的便携性和功能性而被认为是下一代电子产品发展的方向。[1-3]为了这些新型的电子产品能够在较长时间内稳定工作，配套的可穿戴及可植入的高性能供能设备必不可少。[4-7]因此，发展出一些可穿戴或可植入的高性能能源器件成为了一个十分紧迫的任务。

柔性电池和超级电容器现阶段都已经被研究用于柔性可穿戴器件的功能，但是有限的能量密度在应用上收到了重重制约，现有技术中已经有采用了锌、铝等作为负极的柔性电池但是现阶段类型的电池性能依旧不是非常特色，且柔性度不足，如本发明人的在先的专利，中国专利申请，申请号201510700184.7，公开日2016年1月13日，公开了一种可弯曲拉伸的可充电线状锌空气电池及其制备方法。本发明通过制备水凝胶电解液，然后将电解液包覆于负极的锌弹簧并交联成固态后在RuO₂乙醇悬浮液中沾涂得到氧析出催化层，最后将交错的取向碳纳米管膜裹在最外层，得到一种线状的锌空气电池。该锌空气电池相比于传统电池具有全新的结构，特殊的空气电极结构不需要金属集流体和粘结剂，减轻了电池的重量和体积，从而提高了电池的能量密度和功率密度，是能源器件领域的重要创新；但是其金属负极的利用率仍然有限。

又如中国专利申请，申请号201811339778.X，公开日2019年3月19日，公开了一种可弯曲的柔性铝空气电池，所述的柔性铝空气电池从内往外依次包括铝合金阳极、碱性水凝胶电解质、使用复合催化剂的空气阴极和阴极集流体层叠而成；此发明首先将制作好的铝合金阳极夹在最中间，从内向外两侧依次放置碱性水凝胶电解质、使用复合催化剂的空气阴极、阴极集流体，并使用夹子将其固定，尽量避免因为界面接触影响电池总体性能；此发明一是将铝合金阳极夹在中间可以防止表面钝化，二是一个铝合金阳极与两个空气阴极相连，可以增大氧气吸附面积，从而提高氧吸附速率和氧化还原活性；但是该电池为平面式结构，其柔性有限，而且该电池的负极为合金负极，其电解液中添加了多种缓蚀剂，导致其总体成本较高。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的弯折性不足，能量密度不高的问题，本发明提供了一种镁空气纤维电池及其制备方法，它兼具高柔性和高能量密度的优点，在为柔性电子器件供能方面具有极大潜力。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种镁空气纤维电池，由从内到外依次设置的金属镁丝、有机凝胶层、水凝胶层和二氧化锰/碳纳米管复合薄膜以同轴结构组成。优选的，所述的金属镁丝由一根镁丝或多根镁丝绞合构成。所述的有机凝胶层为聚氧化乙烯和双三氟甲烷磺酰亚胺锂按照比例混合，并且混合入按照比例混合的二氯甲烷和丙酮溶液，晾干后制成。水凝胶层由按照比例混合的丙烯酰胺、氯化锂加入去离子水后，并按照比例加入N,N′-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵后，再加入四甲基乙二胺制成溶液，培养凝胶化制成。二氧化锰/碳纳米管复合薄膜由二氧化锰粉末分散于无水乙醇，滴在若干层堆叠的碳纳米管薄膜上制成。

对应的一种镁空气纤维电池的制备方法，具体步骤如下：

在镁丝上涂布粘流态有机凝胶电解液，之后等待有机凝胶电解液晾干固化；

选取水凝胶电解液，将其包裹在已经包裹有机凝胶电解液并固化后的镁丝上；