[发明专利]基于水凝胶电解质的可充电铁或锌空气电池的制备方法

说明书

本发明涉及基于水凝胶电解质的可充电铁或锌空气电池的制备方法，属于金属空气电池技术领域。包括如下步骤：制备海藻酸钠水凝胶溶液，以水凝胶溶液制备铁空气电池中水凝胶电解质或锌空气电池中水凝胶电解质，将水凝胶电解质逐滴加入到组装好的铁或锌空气电池溶液室中，将电池溶液室完全浸入氯化钙溶液中，待其凝胶化后取出，即得到基于水凝胶电解质的可充电铁或锌空气电池。本发明实现了电能—化学能—电能的高效转化，安全性高、经济美观，并解决了传统电池的漏液以及不易携带的问题。

技术领域

本发明属于金属空气电池技术领域，具体涉及基于水凝胶电解质的可充电铁或锌空气电池的制备方法。

背景技术

为了满足全球对清洁能源的需求，人们正在努力寻找更可靠和更高效的能源技术。目前锂离子电池占据电动汽车市场的绝大部分份额。然而，由于其存在安全性、续驶里程低、潮湿气候下锂的不稳定性和低电化学效率等问题，急需要研究其他电池技术。金属空气电池因其成本低、安全性好、能量密度高等特点脱颖而出，在众多的金属空气电池中，金属锌(Zn)具有较高的理论能量密度、安全性较好、原料丰富以及成本低等优点，金属铁(Fe)是世界上含量第四的元素，也是一种便宜、安全、环保的材料，这些特点使得锌和铁空气电池备受关注。

电解液是电池的重要组成部分，传统的液体电解液与电极的粘附性不强，可能存在泄漏问题，无法满足柔性电子器件的要求。因此，固体电解质如水凝胶因其较高的安全性以及易携带性而受到越来越多的关注。本发明用水凝胶替代了传统的水溶液作电解质，解决了现有电池中漏液、不易携带的问题，设计并组装了小型空气电池。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明用水凝胶电解质替代了传统的水溶液电解质，组装成可充电铁或锌空气电池，进行了充放电测试，经过测试表明该电池具有良好的性能。本发明实现了化学能、电能的转化，制备出的电池安全性高、便于携带、经济美观。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于水凝胶电解质的可充电铁或锌空气电池的制备方法，包括如下步骤：

1)组装可充电铁或锌空气电池溶液室；

2)制备水凝胶溶液；

3)制备铁空气电池中水凝胶电解质或锌空气电池中水凝胶电解质；

4)将步骤3)制备的铁或锌空气电池中水凝胶电解质逐滴加入到步骤1)组装好的可充电铁或锌电池溶液室中；

5)将步骤4)得到的可充电铁或锌电池溶液室完全浸入氯化钙溶液中，待电池溶液室中的水凝胶电解质凝胶化后取出，即得到基于水凝胶电解质的可充电铁或锌空气电池。

进一步的，上述的制备方法，步骤1)中，可充电铁或锌空气电池溶液室的组装方法包括如下步骤：以铂片作空气电极，以铁或锌片作金属电极，将空气电极和金属电极分别固定在泡沫胶的上下两面，并用泡沫胶将侧面密封制成电池溶液室。

更进一步的，所述空气电极和金属电极不能接触。

进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，水凝胶溶液为质量分数为1％的海藻酸钠溶液。

更进一步的，质量分数为1％的海藻酸钠溶液的配制方法包括如下步骤：按1％配比准确称取海藻酸钠，将其加入相应体积的去离子水中，在70℃下使其完全溶解。

进一步的，上述的制备方法，步骤3)中，铁空气电池中水凝胶电解质的制备方法包括如下步骤：将水凝胶溶液与氢氧化钾溶液按体积比为2:1混合，混合均匀。

更进一步的，氢氧化钾溶液浓度为1mol/L。

进一步的，上述的制备方法，步骤3)中，所述锌空气电池中水凝胶电解质的制备方法包括如下步骤：将水凝胶溶液与含有氢氧化钾和二水合乙酸锌的混合液按体积比为2:1混合，混合均匀。