[发明专利]一种可拉伸的锌空气电池阵列及其制备方法

说明书

本发明属于智能储能器件领域，具体为一种可拉伸的锌空气电池阵列及其制备方法，本发明先在硅橡胶膜中嵌入蛇形纹铜线电路，再将锌箔片和改性碳布片分别绑定在蛇形纹铜线电路的特定位置，形成阵列，作为电池负极和正极，并用聚合物电解质膜隔开，然后封边，即得可拉伸的锌空气电池阵列。该可拉伸的空气电池阵列不仅能充电，还具有良好的可弯曲、可拉伸特性，并且在动态地拉伸和弯曲过程中放电稳定。该电池阵列可以缝纫在衣服上，因此在可穿戴器件领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种可拉伸的锌空气电池阵列的制备方法，属于智能储能器件技术领域。

背景技术

目前，可拉伸柔性的电子器件适用于人体、机器人、编织物等变形、曲面环境，受到广泛的关注。可拉伸柔性的锂离子电池、碱电池与超电容等储能器件已经被研究。锌空气电池是一种具有更高能量密度的电池，适用于长时间供电，并且经济、环保、安全。

已经研发的可拉伸柔性锌空气电池仅能满足简单和小范围的弯曲和拉伸变形，在承受大拉伸率时，容易造成电极和集流体分离，导致电池失效。可拉伸柔性锌空气电池还需要承受反复的拉伸和动态拉伸时，保持电池性能稳定。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可拉伸的锌空气电池阵列及其制备方法。制得的该电池阵列可以在承担大拉伸和动态拉伸、弯曲等变形条件下，都能够保持电池放电性能稳定,在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种可拉伸的锌空气电池阵列，包括第一硅橡胶膜层、聚合物电解质层和第二硅橡胶膜层，所述聚合物电解质层设置在两层硅橡胶膜层之间；

两层所述硅橡胶膜层中均延长度方向设置多个蛇形纹铜线电路，所述蛇形纹铜线电路包括嵌入硅橡胶膜内的蛇形纹铜线和暴露在硅橡胶膜外的电路接触点，所述蛇形纹铜线的端部连接电路接触点；

两层所述硅橡胶膜层的电路接触点上连接锌箔片和/或改性碳布片；

所述第一硅橡胶膜层上连接的锌箔片和/或改性碳布片与第二硅橡胶膜层上连接的锌箔片和/或改性碳布片的位置相对且被聚合物电解质层隔开。

优选地，所述蛇形纹铜线采用的铜丝直径为0.02-0.5mm，蛇形纹铜线的宽度3-8mm。

优选地，所述改性碳布片的制备方法包括以下步骤：将双功能氧气催化剂材料涂覆或者直接生长在碳布上，裁剪成圆形或方形，即得；

所述双功能氧气催化剂材料选自贵金属及其氧化物材料、钴铁镍氧化物材料、氮掺杂碳材料中的至少一种。所述贵金属包括铂、钌、铱中的一种，或不限于此。

优选地，所述锌箔片与改性碳布片的形状尺寸相同，均为圆形或方形，尺寸为1-10cm。

优选地，所述聚合物电解质膜层的制备方法包括以下步骤：

将聚乙烯醇粉末溶于的水中，85-95℃下搅拌1-5小时形成聚乙烯醇溶液，然后加入氢氧化钾，继续搅拌，然后倒入模具中，并在-15-0℃下冰冻2-10小时，取出，室温解冻即得聚合物电解质膜层。

优选地，所述聚乙烯醇溶液中，聚乙烯醇的质量分数为5-10％；所述氢氧化钾的加入量为聚乙烯醇溶液质量的5-10％。

优选地，两层所述硅橡胶膜层上设置多个小孔，所述小孔设置在蛇形纹铜线电路的两侧，且设置在与改性碳布片位置相对应的位置；并延蛇形纹铜线电路的长度方向依次排列；

所述小孔的孔径为0.5-10mm，形状为圆形或方形。

更优选地，所述每个改性碳布片对应设置4个小孔。