[发明专利]一种3D打印锌空电池的方法

权利要求书

1.一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，包括：

空气电极的打印过程：分别将气体扩散层材料和催化层材料采用3D打印的方式均匀喷涂在导电镍网的两侧，形成预设层数的气体扩散层和催化层，从而形成所述空气电极；

聚合物电解液层的打印过程：采用3D打印的方式将凝胶状的聚合物电解液均匀喷涂形成预设层数的电解液层；

锌电极的打印过程：采用3D打印的方式将凝胶状的锌膏均匀喷涂在镀锡黄铜网或镀锡镊网的两侧，形成预设层数的所述锌电极；

形成锌空电池，在所述锌空电池中所述锌电极和所述空气电极设于所述聚合物电解液层的两面。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述气体扩散层材料以重量份计包括：乙炔黑8～32份、活性炭6.5～26份、石墨8～32份、乙醇2.5～10份和PTFE乳液25～100份，所述PTFE乳液中PTFE的含量为15～60wt％。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述催化层材料以重量份计包括：乙炔黑8～32份、活性炭7.5～30份、石墨8～32份、MnO₂10～40份、乙醇1.5～6份和PTFE乳液15～60份，所述PTFE乳液中PTFE的含量为15～60wt％。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述凝胶状的聚合物电解液的制作方法包括：

步骤101，将聚乙烯醇颗粒和水以(0.5～2):(2.5～10)的质量比例混合，在70-90℃温度下水浴搅拌至颗粒消失，形成呈粘稠状的聚乙烯醇溶液；

步骤102，将重量份为3.5～14份的ZnO、0.5～2份的In(Ac)₃以及1～4份的酒石酸钾加入KOH混合溶液Ⅰ混合均匀形成KOH混合液Ⅱ，再将步骤101制作的所述聚乙烯醇溶液逐滴加入得到聚乙烯醇-KOH溶液，直至所述聚乙烯醇-KOH溶液中聚乙烯醇溶液和KOH混合溶液Ⅱ的质量比为(1～4):(0.5～2)；

步骤103，在70-90℃下水浴聚合10-30分钟，得到的聚合物电解液在室温下逐渐冷却，并逐步形成所述凝胶状；

其中，所述KOH混合溶液Ⅰ中包含：3.2～4.5mol/LKOH、0.9～3.6mol/LKF、0.9～3.6mol/LK₂CO₃、0.25～1mol/LLiF。

5.根据权利要求4所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述锌膏的制作方法包括：

按重量份计，将3～12份PbO、0.5～2份CMC、1～4份乙醇、1～4份碳纳米管、37～150份锌粉均匀混合后一起加入5份浓度为3～12mol/L的KOH溶液中，再向该KOH溶液中逐滴加入5～20份含量为15～60wt％的PTFE乳液均匀搅拌后制成所述锌膏。

6.根据权利要求1-3任一所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述凝胶状的聚合物电解液的制作方法包括：

按重量份计，将0.5～2份In(Ac)₃、1～4份磺酸、4～16份SiO₂水凝胶加入酸性电解液混合溶液中，均匀混合后得到所述凝胶状的聚合物电解液；

所述酸性电解液混合溶液包括2～8mol/LNH₄Cl和0.5～2mol/LKCl。

7.根据权利要求6所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述锌膏的制作方法包括：

按重量份计，将3～12份PbO、0.5～2份羧甲基纤维素、0.5～2份乙醇、1～4份碳纳米管、37～150份锌粉均匀混合后一起加入2.5～10份的所述酸性电解液混合溶液中，逐滴加入5～20份含量为15～60wt％的PTFE乳液均匀搅拌后制成所述锌膏。

8.根据权利要求1所述的一种3D打印锌空电池的方法，其特征在于，所述形成锌空电池的过程包括：

将所述空气电极和锌电极都放入70～90℃的温度下高温处理预设时间；

在制作好的锌电极上覆盖所述聚合物电解液层，再在所述聚合物电解液层上覆盖所述空气电极，从而形成所述锌空电池。