[发明专利]一种全固态柔性可拉伸的纤维状铝空气电池及其制备方法

摘要

本发明属于铝空气电池技术领域，具体为一种全固态的可拉伸柔性的纤维状铝空气电池及其制备方法。本发明首先利用循环冷冻法制备出水凝胶电解液，然后将电解液包覆于负极的铝弹簧并交联成固态后，将蒸镀有银纳米颗粒的交错取向碳纳米管膜裹在最外层，得到一种纤维状的铝空气电池。特殊的空气电极结构不需要金属集流体和粘结剂，这样的结构设计使该纤维状铝空气电池具有优异的电化学性能，比容量高达935 mAh/g，能量密度达到1168 Wh/kg。该电池还具有柔性和可拉伸性，电解液为固态可有效防止弯曲拉伸过程中短路以及电解液泄漏的危险，电池易于编织和集成，能够被编织到储能织物中为可穿戴电子器件供能，有望实现大规模应用。

主权项

1.一种全固态的柔性可拉伸的纤维状铝空气电池的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）首先，将PVA/PEO/ZnO/Na2SnO3/KOH水凝胶电解液均匀包裹铝弹簧，放入冰箱循环冷冻交联成固态；（2）然后，在取向碳纳米管薄膜表面热蒸镀上银纳米颗粒；（3）最后，将蒸镀有银纳米颗粒的取向碳纳米管薄膜包裹在由步骤（1）得到的铝弹簧的最外层，即得到纤维状铝空气电池；步骤（1）中所述水凝胶PVA/PEO/ZnO/Na2SnO3/KOH由PVA、PEO、ZnO、Na2SnO3、KOH组成，其制备过程为：将PVA与PEO按质量比例PVA:PEO=(1‑20):1，在60‑120℃油浴下，溶解于去离子水中，持续搅拌1‑4h，随后加入ZnO、Na2SnO3、KOH浓度分别为0.1 M‑5 M、0.01 M‑0.5 M、5 M‑20 M的水溶液，60‑100℃油浴继续搅拌0.5‑1h，冷却后得到PVA/PEO/ZnO/Na2SnO3/KOH水凝胶电解液；步骤（1）中所述循环冷冻交联成固态，其过程为：PVA/PEO/ZnO/Na2SnO3/KOH水凝胶电解液包裹铝弹簧后，放入‑10‑20℃环境中冰冻1‑8h，然后室温解冻，重复此冰冻解冻过程1‑10次，进行物理交联；最后放入0‑15℃环境中1‑10h进一步增强物理交联；所述在取向碳纳米管薄膜表面热蒸镀上银纳米颗粒的过程为：首先把宽度为0.1‑10 cm的取向碳纳米管薄膜阵列粘在玻璃片上，然后用刀片从阵列边缘拉出连续的取向碳纳米管薄膜拉在PTFE板上；将取向碳纳米管薄膜逐层以0‑180°的夹角交错平铺覆盖于宽为0.1‑10 cm长为0.1‑50 cm的矩形PTFE板上，得到2‑20层多孔交错的取向碳纳米管薄膜；单层取向碳纳米管薄膜的面密度为0.5‑5 μg/cm2；然后将PTFE板放入热蒸镀的腔体内，放入银，抽真空至1×10‑4 Pa以下，调节电流为150‑200 A，此时速率为3‑10Å/s，打开挡板，在PTFE板上蒸镀厚度为10‑200 nm的银纳米颗粒，关闭电流，放气后取出PTFE，得到蒸镀有银纳米颗粒的交错取向碳纳米管薄膜。