保水凝胶电解质的制备、性能及其应用
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《聚苯胺导电水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用》一、引言随着科技的发展,柔性电子设备逐渐成为人们日常生活的重要组成部分。
其中,柔性电极作为柔性电子设备的关键组成部分,其性能的优劣直接决定了设备的使用效果。
近年来,聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料,因其优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性而备受关注。
本文将介绍聚苯胺导电水凝胶的制备方法及其在柔性电极中的应用。
二、聚苯胺导电水凝胶的制备聚苯胺导电水凝胶的制备主要采用化学氧化聚合法。
具体步骤如下:1. 将苯胺单体与适当的掺杂剂(如硫酸)混合,制备出苯胺溶液。
2. 在一定温度下,向苯胺溶液中加入氧化剂(如过硫酸铵),引发苯胺单体的聚合反应。
3. 通过控制反应条件(如温度、时间、掺杂剂和氧化剂的浓度等),使聚苯胺形成水凝胶状结构。
4. 对制备出的聚苯胺导电水凝胶进行清洗、干燥等后处理,以提高其性能。
三、聚苯胺导电水凝胶的性能聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性。
其导电性能主要来源于聚苯胺的共轭结构,使得电子能够在分子链上自由移动。
同时,水凝胶状结构使得聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性和生物相容性,能够适应各种复杂的形状和弯曲程度,且对人体无害。
四、聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用聚苯胺导电水凝胶在柔性电极中的应用主要体现在以下几个方面:1. 制备方法简单:聚苯胺导电水凝胶可以通过简单的化学氧化聚合法制备,成本低廉,易于规模化生产。
2. 柔韧性好:聚苯胺导电水凝胶具有良好的柔韧性,能够适应各种复杂的形状和弯曲程度,适用于制备柔性电极。
3. 导电性能优异:聚苯胺导电水凝胶具有优异的导电性能,能够满足柔性电极的高导电要求。
4. 生物相容性好:聚苯胺导电水凝胶对人体无害,可用于制备与人体直接接触的柔性电极。
五、结论聚苯胺导电水凝胶作为一种新型的柔性电极材料,具有优异的导电性能、良好的柔韧性和生物相容性,在柔性电子设备中具有广泛的应用前景。
功能水凝胶的制备及其应用水凝胶是一种高分子材料,具有优异的吸水性能、柔软性、透明度以及良好的生物相容性等特性,因此被广泛应用于医疗、水处理、智能材料、食品加工等领域。
其中,功能水凝胶是水凝胶的一种,其具有特殊的特性,比如响应性、可控释放等,可以根据实际需要进行改良,增加新的特性。
本文将介绍功能水凝胶的制备及其应用。
一、水凝胶的制备方法水凝胶可以通过多种方法制备,常见的方法有溶剂交联法、自由基交联法、离子交联法、凝胶化法等。
这里我们主要介绍自由基交联法和离子交联法。
1.自由基交联法自由基交联法是通过链转移方法或者反应物之间的交联反应来形成水凝胶的一种方法。
其主要步骤包括单体和交联剂的加入,反应发生,过滤和干燥等。
具体可以参考以下步骤:(1)选取单体和交联剂,制备好反应液。
(2)将反应液加热至一定温度,加入引发剂。
(3)分批加入反应物,充分搅拌,控制反应温度。
(4)反应结束后,将透明凝胶过滤,并使用洗涤液去除残留物。
(5)将过滤后的凝胶进行干燥,制备成片状水凝胶。
2.离子交联法离子交联法是通过反应物之间的离子交联反应来形成水凝胶的一种方法。
其主要步骤包括选取单体、交联剂、电解质,制备好反应液,加入电解质,搅拌,进行离子交联反应,过滤,去除残留物,干燥等。
具体可以参考以下步骤:(1)选取单体、交联剂、电解质制备反应液。
(2)将反应液中的电解质加入,充分搅拌。
(3)通过离子交联反应形成水凝胶。
(4)将透明凝胶过滤并去除残留物。
(5)将过滤后的凝胶进行干燥,制备成片状水凝胶。
二、功能水凝胶的改良及应用功能水凝胶具有特殊的特性,例如响应性、可控释放性等,可以通过改良制备方法和添加特定的功能单体来获得。
以下将介绍两种功能水凝胶的应用。
1. 响应性水凝胶响应性水凝胶是一种具有对外部刺激响应性的水凝胶。
可以根据不同的刺激源,分化成热响应性水凝胶、光响应性水凝胶、 pH 响应性水凝胶等。
这些水凝胶可以配合传感器、生物组织重新构建、智能环境材料等领域开展应用。
水凝胶的制备与应用研究一、本文概述水凝胶是一种由物理或化学交联形成的三维网络结构的高分子材料,其网络结构中充满了水或其他溶剂。
由于其独特的结构和性质,水凝胶在生物医药、食品科学、农业、环境科学等众多领域具有广泛的应用前景。
本文旨在深入探讨水凝胶的制备方法、性质表征及其在各个领域的应用研究,以期为推动水凝胶的科学研究和技术发展做出贡献。
在本文中,我们将首先介绍水凝胶的基本概念、分类及其主要性质。
随后,我们将详细阐述水凝胶的制备方法,包括物理交联法、化学交联法以及辐射交联法等,并对各种方法的优缺点进行比较分析。
在此基础上,我们将进一步探讨水凝胶在生物医药、食品科学、农业、环境科学等领域的应用情况,包括药物载体、组织工程、农业保水剂、污水处理等。
我们将对水凝胶的研究现状和发展趋势进行总结和展望,以期为未来水凝胶的研究和应用提供有益参考。
二、水凝胶的制备方法水凝胶的制备方法多种多样,主要包括物理交联法、化学交联法和辐射交联法等。
这些方法的选择取决于所需水凝胶的性质、应用场景以及制备条件等因素。
物理交联法是一种简单且常用的水凝胶制备方法。
它通常涉及将高分子溶解在水中,然后通过温度、pH值、离子强度等物理条件的改变来诱导高分子链之间的相互作用,从而形成水凝胶。
这种方法操作简便,条件温和,但所得水凝胶的机械强度和稳定性通常较低。
化学交联法是通过化学反应在高分子链之间引入共价键来形成水凝胶的方法。
常用的化学交联剂包括多官能团单体、交联剂等。
通过调节反应条件,可以控制水凝胶的交联密度和网络结构,从而得到具有不同性质的水凝胶。
化学交联法制备的水凝胶通常具有较高的机械强度和稳定性,但制备过程可能涉及有毒物质,且反应条件较为苛刻。
辐射交联法是一种利用高能辐射(如紫外线、伽马射线等)诱导高分子链断裂和重新连接来制备水凝胶的方法。
这种方法可以在不添加任何化学试剂的情况下实现高分子链的交联,因此具有环保和简便的优点。
然而,辐射交联法对设备和操作要求较高,且可能引发高分子链的过度交联,导致水凝胶性能下降。
凝胶电解质综述凝胶电解质是一种具有凝胶结构的电解质,它广泛应用于电化学领域。
本文将综述凝胶电解质的特点、制备方法、应用领域等方面的内容。
一、凝胶电解质的特点凝胶电解质是一种具有凝胶结构的电解质,在固态和液态电解质之间具有独特的性质。
其最显著的特点是具有高离子导电性能和可形成三维网络结构。
这种网络结构使得凝胶电解质具有较高的机械强度和自支撑性能,能够防止电解质流失和电极短路,从而提高电化学器件的安全性能。
二、凝胶电解质的制备方法凝胶电解质的制备方法多种多样,常见的包括溶胶-凝胶法、聚合物凝胶法和无机凝胶法等。
其中,溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。
该方法通过溶解适当的前驱体物质,如金属盐、有机物或聚合物,然后通过水解、缩合等反应形成凝胶结构。
聚合物凝胶法则是通过聚合物的交联反应形成凝胶结构。
无机凝胶法则是通过无机物质的凝胶化反应形成凝胶结构。
三、凝胶电解质的应用领域凝胶电解质广泛应用于电化学领域中的各种器件和系统中,包括锂离子电池、超级电容器、燃料电池、柔性电子器件等。
在锂离子电池中,凝胶电解质能够提高电池的安全性能和电荷传输速率,从而提高电池的循环寿命和能量密度。
在超级电容器中,凝胶电解质能够增加电容器的电解质层面积,提高电容器的能量密度和功率密度。
在燃料电池中,凝胶电解质能够提高燃料电池的离子传输速率和抗氧化性能,从而提高燃料电池的效率和稳定性。
在柔性电子器件中,凝胶电解质能够提供柔性和可拉伸性,适应复杂的形状和变形。
四、凝胶电解质的发展趋势随着科学技术的不断进步,凝胶电解质在电化学领域的应用前景越来越广阔。
目前,研究人员正在努力开发新型的凝胶电解质,以满足不同电化学器件的需求。
例如,研究人员正在研究具有高机械强度和导电性能的凝胶电解质,以提高电化学器件的耐久性和可靠性。
此外,研究人员还在探索可溶性凝胶电解质,以解决传统凝胶电解质在制备和组装过程中的困难。
此外,凝胶电解质的可再生性和可回收性也是研究的重点。
水凝胶的制备及其应用研究水凝胶是一种水分含量高、吸水性强的高分子物质,常用于水保土、植物栽培、水生动植物的保水等领域。
本文将重点探讨水凝胶的制备以及其应用研究进展。
一、水凝胶的制备1. 原料准备水凝胶的制备原料主要包括聚丙烯酰胺(PAM)、天然植物纤维素等可溶于水的高分子物质。
其中,PAM是常用水凝胶制备原料之一,其在水中溶解后能形成透明的胶体。
天然植物纤维素则具有良好的生物相容性和无毒环保等优点。
2. 制备工艺(1)PAM制备法:首先将PMA与弱碱溶液混合,在加热及搅拌的条件下,发生聚合反应,形成颗粒状的聚合物。
接着,对聚合物进行干燥处理,即可得到水凝胶。
(2)天然植物纤维素制备法:将天然植物纤维素与水混合并搅拌均匀,接着加入交联剂并充分搅拌,最后经过干燥即可形成水凝胶。
二、水凝胶的应用研究进展1. 水保土水凝胶凭借其优异的保水性,被广泛应用于水保土领域。
其在不同环境下能保持不同程度的水分吸附性,不仅有助于降低地表水蒸发量,减少水分流失,还能提高土壤肥力,改善土壤结构。
2. 植物栽培水凝胶的应用也广泛涉及到植物栽培领域。
通过将水凝胶与土壤混合使用,能够增加土壤中的有效水分量,提高植物的抗旱性能,增加作物收成。
3. 水生动植物的保水在水生动植物的保水领域,水凝胶的应用也具有一定的研究前景。
例如,水凝胶可用于水生植物生长介质中,与化肥掺混使用,能够提高水生植物的营养吸收率,增强抗倒伏能力。
4. 养殖业水凝胶的吸水性能不仅限于土壤领域,还可应用于养殖业。
例如,将水凝胶填充于鱼缸中,可提高水质稳定性,减缓养殖污染,促进鱼儿健康成长。
5. 制药工业水凝胶在制药工业中的应用也日益受到人们的关注。
其常应用于口腔用药基质、人工眼泪等领域,能够增加药物缓释时间、改善药物的生物利用度等,为制药工业注入了新的思路。
综上所述,水凝胶其制备成本低、环保无毒、应用领域广泛等优点,使其应用价值具有巨大的潜力。
越来越多的科研人员瞄准水凝胶这个领域展开了更为深入的研究,未来,水凝胶的研制和应用将会更加广泛化,丰富人们的生活。
凝胶电解质
凝胶电解质是一种特殊的电解质,它结合了固态和液态电解质的优点。
具体来说,凝胶电解质是一种固相与液相共存的聚合物电解质,主要由有机溶剂、聚合物、锂盐以及增塑剂等部分组成。
这种电解质具有高离子导电性能和可形成三维网络结构的特性。
其网络结构使得凝胶电解质具有较高的机械强度和自支撑性能,从而能够防止电解质流失和电极短路,提高电化学器件的安全性能。
此外,凝胶电解质还具有良好的成型能力和机械性能,因此可以用于各种可拉伸、可折叠和柔性的电子设备。
同时,其较高的离子电导率和较宽的电化学稳定性窗口也保证了其在电子器件中的正常使用。
在制备方法上,凝胶电解质的制备多种多样,包括溶胶-凝胶法、聚合物法等。
而凝胶聚合物电解质则通常是通过骨架材料对液体电解质的吸附凝胶化而得到。
然而,需要注意的是,虽然凝胶电解质具有许多优点,但目前已报道的凝胶电解质骨架材料大部分都是由不可降解的合成聚合物组成,这在电池回收过程中可能会引发环境污染问题。
同时,这些骨架材料的制备过程也可能存在有毒、有害溶剂的大量使用和释放的问题。
总的来说,凝胶电解质是一种具有广阔应用前景的电解质材料,但仍需要在环保和制备工艺等方面进行进一步的研究和改进。
高分子导电水凝胶的制备及在柔性可穿戴电子设备中的应用一、本文概述随着科技的不断进步,柔性可穿戴电子设备已成为当前研究的热点。
这类设备以其独特的柔韧性、可穿戴性和舒适性,为人们的日常生活带来了极大的便利。
然而,其性能的稳定性和持久性仍然是制约其进一步发展的关键因素。
高分子导电水凝胶作为一种新兴的材料,因其良好的导电性、生物相容性和高柔韧性,在柔性可穿戴电子设备中具有广阔的应用前景。
本文旨在探讨高分子导电水凝胶的制备方法,并分析其在柔性可穿戴电子设备中的应用,以期为未来该领域的研究提供参考和借鉴。
文章首先将对高分子导电水凝胶的基本概念和特性进行介绍,阐述其在柔性可穿戴电子设备中的潜在优势。
随后,将详细介绍高分子导电水凝胶的制备方法,包括原材料的选择、反应条件的优化以及后处理工艺的改进等。
在此基础上,文章将重点探讨高分子导电水凝胶在柔性可穿戴电子设备中的应用,如柔性传感器、柔性显示屏和柔性电池等。
还将对高分子导电水凝胶在实际应用中面临的挑战和问题进行深入分析和讨论。
文章将总结高分子导电水凝胶在柔性可穿戴电子设备中的研究现状和发展趋势,展望其未来的应用前景。
通过本文的阐述,旨在推动高分子导电水凝胶在柔性可穿戴电子设备领域的研究和发展,为相关领域的科研人员和企业提供参考和指导。
二、高分子导电水凝胶的制备高分子导电水凝胶的制备主要涉及到聚合物的合成、交联反应以及导电物质的引入等步骤。
选择适合的聚合物前驱体,这些前驱体通常具有良好的水溶性或水溶胀性,如聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)等。
然后,在适当的条件下进行聚合反应,如自由基聚合、离子聚合等,形成聚合物的三维网络结构。
在聚合过程中,需要引入交联剂以增强水凝胶的机械强度和网络稳定性。
常用的交联剂包括乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)等。
这些交联剂能够与聚合物链发生共价键合,形成稳定的交联网络。
接下来,为了赋予水凝胶导电性,需要将导电物质引入聚合物网络中。
水凝胶的制备及应用进展一、本文概述水凝胶是一种由亲水性聚合物形成的三维网络结构,其能够在水中吸收并保留大量的水分而不溶解。
这种独特的性质使得水凝胶在众多领域具有广泛的应用前景。
本文旨在全面概述水凝胶的制备技术及其在各领域的应用进展。
我们将首先介绍水凝胶的基本概念和性质,然后详细讨论其制备方法,包括物理交联、化学交联和生物交联等。
接着,我们将重点综述水凝胶在生物医学、环境科学、农业和工业等领域的应用情况,并探讨其面临的挑战和未来的发展趋势。
通过本文的阐述,我们期望能为读者提供一个关于水凝胶制备与应用全面而深入的理解,并为其在相关领域的研究和应用提供有益的参考。
二、水凝胶的制备方法水凝胶的制备方法多种多样,这些方法的选择通常取决于所期望的水凝胶性质、应用需求以及可用的原材料。
以下将详细介绍几种常见的水凝胶制备方法。
物理交联法是一种简便且常用的水凝胶制备方法。
该方法主要通过物理相互作用,如氢键、离子键、疏水作用或链缠结等,使高分子链交联形成三维网络结构。
例如,利用聚电解质之间的静电相互作用,可以在水溶液中制备出具有优异溶胀性能和离子敏感性的水凝胶。
化学交联法是通过共价键的形成来实现高分子链之间的交联。
常用的化学交联剂包括丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯等,它们可以通过自由基聚合、缩聚或逐步聚合等方式与高分子链发生反应,形成稳定的交联结构。
化学交联法制备的水凝胶通常具有较高的机械强度和稳定性。
生物交联法利用生物酶或生物分子的催化作用,使高分子链在温和条件下发生特异性反应,形成水凝胶。
例如,利用酶促反应制备的透明质酸水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性,因此在生物医学领域具有广泛的应用前景。
微凝胶聚合法是一种将单体在微乳液或微悬浮液中进行聚合的方法。
通过控制聚合条件和引发剂用量,可以制备出粒径均结构稳定的微凝胶。
这些微凝胶可以通过进一步的交联或组装形成宏观尺度的水凝胶,具有良好的力学性能和溶胀性能。
辐射交联法利用高能辐射(如紫外线、伽马射线等)引发高分子链之间的交联反应。
h2so4-pva 水凝胶电解质
h2so4-pva 水凝胶电解质是一种使用硫酸作为电解质的水凝胶材料。
其中,PVA是聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol)的简写,它是一种常用的水溶性高分子聚合物。
在制备 h2so4-pva 水凝胶电解质时,首先将硫酸(H2SO4)溶解在水中,形成硫酸溶液。
然后,将聚乙烯醇溶解在硫酸溶液中,并通过适当的处理方法(如搅拌、加热等),使聚乙烯醇与硫酸溶液充分混合和反应。
最后,将混合物冷却,形成水凝胶电解质。
h2so4-pva 水凝胶电解质具有以下特点:
1. 环保性:聚乙烯醇是一种可再生的天然高分子素材,具有良好的生物可降解性能,不会对环境造成污染。
2. 好的凝胶性能:聚乙烯醇具有优异的附着力和黏合性,能够形成牢固的凝胶结构,提高电解质的稳定性和可靠性。
3. 高离子导电性能:硫酸是一种强酸,具有良好的离子导电性能,能够提高水凝胶电解质的导电能力。
4. 宽工作温度范围:h2so4-pva 水凝胶电解质具有良好的热稳定性,可在较宽的温度范围内工作。
h2so4-pva 水凝胶电解质在电化学器件、电子设备等领域中有广泛的应用,如锂电池、超级电容器、电化学传感器等。
它具
有高离子导电性能、良好的稳定性和耐久性,能够提供可靠的电化学性能和性能表现。
水凝胶电解质的制备与组装
一、引言
水凝胶电解质是一种新型的电解质材料,具有高导电性、高稳定性、高机械强度等优点,被广泛应用于锂离子电池、超级电容器等领域。
本文将详细介绍水凝胶电解质的制备与组装方法。
二、水凝胶电解质的制备
1. 原料选择
水凝胶电解质的主要原料是聚合物和盐类。
聚合物可以选择PVA、PVP等,盐类可以选择LiClO4、LiPF6等。
2. 溶液制备
将聚合物和盐类按照一定比例加入去离子水中,并在80℃下搅拌至完全溶解。
3. 凝胶化处理
将溶液倒入模具中,在50℃下静置24小时左右,即可得到水凝胶。
4. 洗涤处理
将水凝胶放入去离子水中洗涤数次,以去除余留的盐类和杂质。
三、水凝胶电解质的组装
1. 切割成片
将洗涤后的水凝胶切割成所需形状和大小。
2. 烘干处理
将切割好的水凝胶放入烘箱中,在80℃下烘干24小时左右,使其完
全干燥。
3. 离子液体浸渍
将干燥后的水凝胶放入离子液体中浸泡数小时,以增加其离子导电性。
4. 电极组装
将经过离子液体浸渍的水凝胶与阳极、阴极组装在一起,组装成电池。
四、水凝胶电解质的应用
1. 锂离子电池
水凝胶电解质可以应用于锂离子电池中,提高其安全性和循环寿命。
2. 超级电容器
水凝胶电解质可以应用于超级电容器中,提高其能量密度和功率密度。
五、总结
本文详细介绍了水凝胶电解质的制备与组装方法,并简要介绍了其应
用领域。
随着科技的不断进步,相信水凝胶电解质将会有更广泛的应
用前景。
水凝胶电解质的制备与组装1. 引言水凝胶电解质是一种重要的材料,广泛用于电化学设备和能源储存装置中。
它具有良好的导电性、可调控的流变特性和高机械强度,因此在实际应用中具有广阔的潜力。
本文将详细探讨水凝胶电解质的制备与组装方法,从材料选择、制备工艺到组装技术进行论述。
2. 材料选择水凝胶电解质的主要成分是水凝胶和电解质溶液。
在选择材料时,需要考虑其导电性、稳定性和成本等因素。
2.1 水凝胶材料水凝胶材料可以选择聚丙烯酰胺(PAAm)、聚乙烯醇(PVA)等。
这些材料具有良好的水溶性和可调控的流变特性,可用于制备水凝胶电解质。
2.2 电解质溶液电解质溶液的选择需要考虑其离子浓度和离子迁移率等因素。
常用的电解质溶液包括氯化钠(NaCl)、硫酸铜(CuSO4)等。
3. 制备工艺水凝胶电解质的制备需要经过凝胶化、固化和离子交换等步骤。
下面将详细介绍水凝胶电解质的制备工艺。
3.1 溶液制备首先,根据设定的离子浓度要求,将适量的电解质溶液和水加入容器中,搅拌均匀,制备成电解质溶液。
3.2 凝胶化将制备好的电解质溶液倒入模具中,放置在恒温槽中进行凝胶化。
凝胶化的时间和温度需要根据材料特性进行优化。
3.3 固化凝胶化后的水凝胶需要进行固化,可采用加热或添加交联剂的方法。
加热可使水凝胶中的水分蒸发,增加材料的机械强度;添加交联剂可提高水凝胶的稳定性。
3.4 离子交换固化后的水凝胶中可能存在杂质离子,需要进行离子交换处理。
可将水凝胶浸泡在离子交换树脂中,使杂质离子与树脂上的固定离子进行交换。
4. 组装技术组装是将水凝胶电解质与电极等其他组件进行连接的过程。
下面将介绍几种常用的组装技术。
4.1 传统堆积法传统堆积法是将水凝胶电解质和电极按照一定的顺序依次堆叠在一起,通过机械压力将它们连接在一起。
4.2 粘贴法粘贴法是在水凝胶电解质和电极上分别涂抹一层粘合剂,然后将它们粘贴在一起。
常用的粘合剂有热熔胶、环氧树脂等。
4.3 熔融法熔融法是将水凝胶电解质和电极放在高温下使其熔化,然后迅速冷却,使其固化在一起。
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凝胶电解质的应用现在,随着各种电动汽车和柔性可穿戴电子的推广和普及,电化学储能器件对人们生活的影响正在不断扩大。
对于柔性可穿戴电子来说,在不断提高其电池能量密度等电化学性能的同时,电池的机械柔性和额外的功能也成为不可或缺的考量因素。
事实上,为了给柔性可穿戴电子供能,其电池也需要具有相当程度的机械柔性来应对使用过程中带来的多种多样的机械应变。
这也给传统电池带来了巨大挑战。
在电池等储能器件中,电解液/质扮演了重要角色。
一方面,电解液为电化学过程提供离子导电率等的支撑,另一方面也决定了器件的电化学稳定窗口。
对于应用水溶液作为电解液的旗舰来说,这一点尤为突出。
近年来,由于柔性储能器件的开发,传统电池中的隔膜/电解液结构已经越来越难适应新的应用环境。
因此,越来越多的研究者转而投身于基于聚合物的水凝胶电解质的研究。
鉴于此,香港城市大学支春义教授课题组总结了近年来应用于柔性储能器件上的水凝胶电解质的研究进展,并且对现阶段技术存在的潜在问题做出分析同时展望了未来的可能研究方向,成果发表于《先进功能材料》Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2018, 1804560. )。
1.多功能水凝胶水凝胶是一种特殊的材料。
它是由水合聚合物链段相互交联而成,其间隙中充满大量的水。
因此从外观上来看,水凝胶通常表现柔软而湿润。
由于其链段上存在着丰富的亲水基团,水凝胶通常都拥有良好的吸水保水性能,一些水凝胶甚至可以吸收约2000倍自身重量的水。
这些基团也为溶液中的电解质离子提供了大量吸附位点,使得它成为了电解质的理想材料之一。
更重要的是,水凝胶材料具有良好的可设计性和调整性,这使得改性水凝胶适应多种多样的用途成为可能,例如可拉伸水凝胶,自愈合水凝胶,机械变色水凝胶,可降解水凝胶等等。
表一用于制备水凝胶电解质的聚合物的结构和特征。
表一总结了用于制备水凝胶电解质的常用高聚物的结构和特征。
水凝胶电解质
水凝胶电解质是一种含有活性金属离子的水凝胶,其常用来制备电池正极材料,从而获得自动发电和充电电池。
水凝胶电解质被广泛用于新能源汽车、移动电源和家用电子产品中。
目前,水凝胶电解质已经应用于各种领域,如电池、储能系统、新能源车辆、移动电源和家用电子产品中。
水凝胶电解质的主要成分包括水凝胶、电解质和活性金属离子,这三种成分的比例可以根据要求进行调整,以实现特定的电池功能。
首先,水凝胶电解质需要一定的水凝胶、电解质和活性金属离子。
水凝胶是一种溶质结晶,具有空隙形状,其主要作用是吸附电解质,并调节在电解质介质中的电解质浓度。
电解质是电池中必不可少的重要组分,它的作用是用来把锂离子和正极材料进行氧化,从而产生电能。
活性金属离子则是控制电池反应的关键因素,能够影响反应动力学。
水凝胶电解质具有许多优点,它是一种低毒、环保、可控、可储存的电池介质,以及高度可充电、长循环寿命等特点,使其在电池制造中受到青睐。
水凝胶电解质具有良好的反应活性,能够提高电池续航能力,还能显著抑制正极材料的氧化和灰化,从而更有效地保护电池的安全和使用寿命。
除了电池领域的应用外,水凝胶电解质也可以应用于抗癌药物的研究。
研究者可以利用水凝胶电解质制备不同的抗癌药物,有助于控制药物的释放率,从而获得较高的疗效和有效的药物利用。
总之,水凝胶电解质是一种新型的电池介质,具有良好的电池性
能和可持续性。
它能够改善电池的续航能力,抑制正极材料的氧化,还可以改善抗癌药物的发放率,有助于提高药物的疗效。
未来,水凝胶电解质将在更多领域中发挥重要作用,比如能源储存和环境保护等。
保水凝胶电解质的制备、性能及其应用
摘要:针对传统柔性锌空电池所用的凝胶电解质易失水,寿命短的问题,本文
采用TEAOH作为保水材料,加入到PVA-KOH传统凝胶体系中,制备了TEAOH-PVA-KOH复合电解质,研究了其失水特性与在柔性锌空电池中的电池性能。
研究
发现,TEAOH-PVA-KOH具有良好的保水性能,同时,能够使所制备的柔性锌空电
池具有1 V的放电平台与2 V的充电平台。
关键词:四乙基氢氧化铵,保水,凝胶电解质,柔性锌空电池
1 引言
柔性锌空电池具有较高的理论能量密度,可达1086 W h/kg,是锂电池的3~5
倍[1];同时,具有较好的柔性与安全性,可作为柔性储能器件被应用于能量需求
较高的柔性电子器件[2]。
目前,所研究的柔性锌空电池主要由锌负极,半固态凝
胶电解质,以及搭载有催化剂的空气电极组成。
其中,对于负载催化剂的空气电
极研究较为广泛,而对于凝胶电解质的研究较少。
已有报道的柔性锌空电池所使用的凝胶电解质主要是PVA-KOH体系,PVA-KOH凝胶电解质在空气中易失水,尤其是电池充放电循环时失水现象更为严重,
凝胶表面溢出的水会淹没空气电极,造成空气电极催化剂失效,使得充放电性能
下降,循环寿命短,大大限制了柔性锌空电池的大规模应用。
因此,对于提升凝
胶电解质的保水性能,具有重大意义。
针对以上背景,本文创新性的提出将TEAOH引入到传统的PVA-KOH凝胶电
解质体系中,使凝胶电解质具有良好的保水性能和高OH–离子浓度,同时也提升
了离子迁移率。
该凝胶电解质在柔性锌空电池的应用,在保持电池的循环性能下,又延长了循环寿命。
对于推动柔性锌空电池的实际应用具有重要意义。
2 实验
2.1实验原料
聚乙烯醇(PVA MW~195000,上海迈瑞尔化学技术有限公司);四乙基氢氧
化铵(TEAOH MW 147.26, 35 wt%,萨恩化学技术上海有限公司);氢氧化钾(KOH 试剂纯 95%,上海麦克林生化科技有限公司);二次去离子水作为实验用水。
2.2电解质的制备
TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质的制备首先,用量筒量取35 wt%的TEAOH
水溶液9 mL倒入烧杯中,用磁力搅拌器快速搅拌。
随后,用天平称量0.5 g KOH
加入到溶液中,搅拌至溶解,并恢复室温。
然后,用天平称量1 g PVA,缓慢加入到含有KOH的TEAOH水溶液中,并快速搅拌,使PVA均匀分散在溶液中,避免
产生团聚。
最后将混合液转移至水浴锅加热,由室温加热至90 ℃,使液体成为
胶状液体,将胶状液体倒入容器冷冻交联 3 h,自然解冻,形成保水凝胶电解质。
PVA-KOH传统凝胶电解质的制备首先,用天平称量1 g PVA加入到7 mL二次
去离子水中,溶胀后,转移至水浴锅加热,由室温加热至90 ℃,至PVA全部溶解。
随后,加入3 mL含有1 g KOH的水溶液,继续加热搅拌,直至溶液呈透明淡
黄色。
然后,将胶状液体倒入容器冷冻交联2~4 h,自然解冻,形成传统凝胶电
解质。
2.3电解质的失水观察
将制备好的TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质和PVA-KOH传统凝胶电解质,
同时分别放在两个相同大小的培养皿中进行失水观察,2、6和16 h后对两种电
解质进行拍照记录。
2.4电解质的性能测试
以负载四氧化三钴的碳布电极作为空气正极,以TEAOH-PVA-KOH保水凝胶作为电池隔膜与电解质,以锌片作为负极,制备成三明治叠层柔性锌空电池。
采用蓝电电池测试系统对电池进行电流密度为1 mA/cm2,充电、放电时间各为20 min 的恒电流充放电循环测试。
3 实验结果与讨论
3.1 TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质
采用上述制备方法,制得了TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质,如图1所示。
所制备的TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质,形如果冻,颜色为棕黄色,具有良好的柔性和保湿性能,同时又具有一定的机械强度和粘度。
TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质,在一定程度的拉伸、压缩和揉捏下,可恢复形状。
图1 TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质
3.2 失水情况对比
如图2所示,分别是TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质和PVA-KOH传统凝胶电解质的原始状态、空气中放置2、6和16 h后状态的照片。
从图中,我们可以发现,PVA-KOH传统凝胶电解质的保水性能较差,在2 h后就开始失水,表面出现部分的液体,在6 h后开始出现形状收缩,无法保持原始状态。
相比之下,TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质的保水性能较强,在16 h后就才逐渐在表面出现少量的液体,出现溢水的状态,但其形状保持良好。
所出现的液体可能是因为电解质呈碱性,对空气中的水分具有吸收作用。
图3,TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质为隔膜和电解质的柔性锌空电池以1 mA/cm2电流密度恒电流充放电循环结果
4 结论与展望
本文制备了TEAOH-PVA-KOH保水凝胶电解质,与PVA-KOH传统凝胶电解质进行了失水情况对比,结果表明,TEAOH的加入能够大大提升了凝胶电解质的保水性能。
同时,该电解质具有良好的电化学性能,柔性锌空电池具有较高的放电平台和较低的充电平台,以及较高的循环稳定性和较长的使用寿命。
通过保水材料的引入,能够在一定程度改善传统凝胶电解质的失水情况。
相信,更加深入的研究,能够使凝胶电解质性能进一步提升,在柔性锌空电池中得到应用。
参考文献
[1] Y. Li, H. Dai, Recent advances in zinc-air batteries, Chemical Society Reviews, 43 (2014) 5257-5275.
[2] Y. Li, C. Zhong, J. Liu, X. Zeng, S. Qu, X. Han, Y. Deng, W. Hu, J. Lu, Atomically Thin Mesoporous Co3O4 Layers Strongly Coupled with N-rGO Nanosheets as High-Performance Bifunctional Catalysts for 1D Knittable Zinc-Air Batteries, Advanced Materials, 30 (2018) 1703657.
[3] Y. Xu, Y. Zhang, Z. Guo, J. Ren, Y. Wang, H. Peng, Flexible, Stretchable, and Rechargeable Fiber-Shaped Zinc-Air Battery Based on Cross-Stacked Carbon Nanotube Sheets, Angewandte Chemie - International Edition, 54 (2015) 15390-15394.
作者简介:黄兴杨,研究兴趣:化学与能源;
鲍若凡,中学一级教师。
研究方向:科技创新与教学融合、课堂渗透心理学、信息技术与教学融合。