[发明专利]一种高强度固体电解质仿生超薄膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高强度固体电解质仿生超薄膜的制备，包括(1)用Hummers法制备氧化石墨；(2)磺化聚乙烯醇的制备；(3)复合膜的制备：该复合膜包括无机材料和有机材料，所述无机材料为氧化石墨和蒙脱土的混合物，有机材料为磺化聚乙烯醇，无机材料占总质量的40‑70％，有机材料占总质量的30‑60％；即得到具有二维快速质子传递通道的高强度固体电解质仿生超薄膜，其内部结构均一无缺陷，膜内离子交换容量为1.12mmol.g‑1，室温下离子传导率为0.0921～0.222S cm‑1，吸水率为18.7～38.6％，机械强度为180.7～287.7MPa，杨氏模量为10.72～13.74Gpa。

主权项

1.一种高强度固体电解质仿生超薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、用Hummers法制备氧化石墨：向容器中加入98％浓硫酸，冰浴中搅拌，在搅拌过程中加入2500目的石墨片和硝酸钠，其中石墨片与浓硫酸的质量体积比为1:23，硝酸钠与浓硫酸的质量体积比为1:46；然后，向上述容器中缓慢地加入高锰酸钾，高锰酸钾与浓硫酸的质量体积比为1:7.5，置于274K下搅拌2h；将反应混合物转移到恒温油浴中，在35℃的温度条件下，搅拌30min；通过恒压滴液漏斗向反应体系中缓慢滴加去离子水，去离子水与浓硫酸的体积比为2:1，然后升高油浴温度到98℃，保持体系恒温3h；将反应物倒入去离水中稀释，反应物与稀释用的去离子水的体积比为1:28～1:3，然后加入30％的双氧水，双氧水与高锰酸钾的体积质量比2ml/g，趁热过滤后，使用5％的稀盐酸和去离子水交替洗涤产物，直到其中的氧化石墨沉降困难，倾倒掉上层清夜，使用透析袋，将所得溶液倒入透析袋中，再将透析袋放在容器中，倒入大量的去离子水，使用磁子剧烈搅拌，加速交换，直至完全除去溶液中的酸和其余杂质；将上述溶液超声1h，获得氧化石墨分散液，离心处理，取上层分散液备用；步骤二、磺化聚乙烯醇的制备：按照质量体积比为1g/20ml将PVA加入到水中，加热完全溶解后，向反应体系中加入苯甲醛‑2,4‑二磺酸钠，苯甲醛‑2,4‑二磺酸钠与PVA的质量比为3.1:1，然后向反应溶液中加入浓度为1M的稀盐酸，加入的稀盐酸与反应体系中水的体积比为1:20；将反应体系置于50℃条件下，充分搅拌96h，将反应物倒入到乙醇中使高分子析出，用乙醇反复洗涤所得产物，将所得产物置于真空烘箱中充分干燥后即得磺化聚乙烯醇；步骤三、复合膜的制备：包括无机材料和有机材料，所述无机材料为氧化石墨和蒙脱土的混合物，有机材料为磺化聚乙烯醇，无机材料占总质量的40‑70％，有机材料占总质量的30‑60％；制备步骤如下：第一步、按照质量比为9:1将步骤一所得氧化石墨和蒙脱土混合，然后按照质量体积比为0.5～1.68g/l，将氧化石墨和蒙脱土的混合物加入到水中，超声分散1h，得到分散液；第二步、将对应比例的磺化聚乙烯醇充分溶解于水中，其中，磺化聚乙烯醇与水的质量体积比为1.44～4.8g/l，并将其加入到第一步得到的分散液内，加入磁子，充分搅拌1‑2h；将交联剂戊二醛加入到上述混合液中，交联剂与磺化聚乙烯醇的质量比为0.5～1.6:1；将溶液搅拌2～5min；将溶液倒入溶剂过滤器中，以220nm孔径的多孔膜作为过滤介质，使用真空辅助抽滤的方式进行膜的组装制备，4h后将所得膜取下置于60℃恒温烘箱中热处理24h，即得到高强度固体电解质仿生超薄膜。