石墨紙為集流體的鋅/苯胺與5?氨基水楊酸共聚物二次電池，涉及二次電池的集流體技術領域，其陰極是負載在輕薄石墨紙上的苯胺與5?氨基水楊酸共聚物，陽極為鋅片。本發明專利技術的集流體為輕薄石墨紙，輕薄石墨紙導電性好，有一定的機械強度以及抗腐蝕性能強，材料內阻幾乎為零，成本低，且柔韌性好，便于裁剪加工。以本發明專利技術方法制備的二次電池在不同電流密度下的充放電容量變化不大，適合大電流下充放電，并且放電比容量高，循環性好。
Graphite paper collector for zinc / aniline and 5 amino acid copolymer two battery
Graphite paper collector for zinc / aniline and 5 amino acid copolymer two batteries, involving two battery technical field collector, the cathode is loaded in thin graphite paper on aniline and 5 amino salicylic acid copolymer, anode for zinc tablets. Collector of the invention is thin paper thin graphite, graphite paper has good conductivity and has certain mechanical strength and corrosion resistance, resistance material is almost zero, low cost, and good flexibility, easy cutting processing. The charge and discharge capacity of the two battery prepared under the different current density has little change, and is suitable for charging and discharging under large current, and the discharge capacity is high, and the circulation is good.
【技術實現步驟摘要】
石墨紙為集流體的鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池
本專利技術涉及二次電池的集流體
技術背景隨著人們對能源需求的日益增長以及社會和經濟可持續發展的不斷提高，具有高性能低成本的綠色能源引起了人們原來越多的關注。聚苯胺作為一種最有前景的導電聚合物材料由于具有良好的導電性、成本低廉、簡單易于合成以及在水溶液和空氣體系中易于合成等優點。因此，聚苯胺將是可充二次電池的有前景的活性材料。鋅/聚苯胺電池已有報導，并有重大突破。然而，如今發展聚苯胺電池遭遇的一個重要問題就是集流體的穩定性。聚苯胺電池的集流體應該滿足以下條件：電荷的良導體，足夠的機械強度，抗腐蝕性能，化學和電化學穩定性。一旦集流體發生腐蝕或者溶解，活性物質與集流體之間的接觸電阻將增大。另外，溶解的金屬離子將會污染電解液。這些因素都會引起電池性能的下降。目前，通常使用鉑、金、碳納米管等作為聚苯胺電池的集流體。盡管這些材料能滿足以上條件，但是它們要么價格昂貴要么加工成型困難。而常用的材料比如鋁箔、銅箔、鎳箔和不銹鋼也不適用于聚苯胺電池。因此，實現聚苯胺電池的商業化，必須尋求一種合適的集流體。鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池主要由四個部分構成：陰極、陽極、電解質和隔膜。苯胺聚合物作為陰極，鋅片作為陽極。其工作原理是利用導電高聚物苯胺聚合物在充放電過程中摻雜和脫摻雜的可逆性來實現氧化還原反應。
技術實現思路
本專利技術是針對現有鋅/聚苯胺二次電池的容量低，循環壽命短等固有問題，提出一種以石墨紙作集流體的水電解質鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池。本專利技術二次電池的陰極是負載在輕薄石墨紙上的苯胺與5-氨基水楊酸共聚物，陽極為鋅片。本專利技術電解質為pH值為4.0～6.0的ZnCl2、NH4Cl和有機酸鹽組成的混合溶液。本專利技術的集流體為輕薄石墨紙，輕薄石墨紙導電性好，有一定的機械強度以及抗腐蝕性能強，材料內阻幾乎為零，成本低，且柔韌性好，便于裁剪加工。根據電池充放電結果，共聚物電池的放電比容量為145mAh·g-1，電池在恒電流下連續充放電150次，第150次的放電比容量為96mAh·g-1，庫倫效率為97%。本專利技術的鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池具有良好的充放電性能。通過進一步的研究，有可能成為下一代高性能電池。進一步地，本專利技術二次電池的電解質由1.0～3.0MZnCl2、2.0～4.0MNH4Cl和有機酸鹽組成的水溶液，電解質的pH為4.0～6.0。該混合溶液對苯胺與5-氨基水楊酸共聚物的電化學性能沒有明顯影響，能夠有效抑制鋅電極的析氫腐蝕和鋅枝晶的形成。另外，所述有機酸鹽為乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、辛酸鹽、己二酸鹽、丙二酸鹽、丁二酸鹽、馬來酸鹽、酒石酸鹽、苯甲酸鹽、苯乙酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、戊酸鹽、己酸鹽、癸酸鹽、丙烯酸鹽或檸檬酸鹽中的一種或幾種。附圖說明圖1為本專利技術二次電池的結構示意圖。圖2是空白石墨紙集流體在不同pH值的循環伏安圖。圖3是空白石墨紙集流體在不同pH值的交流阻抗圖。圖4是鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池在不同電流密度的恒電流充放電曲線。圖5是鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池在不同循環次數時的充放電曲線。具體實施方法一、制備二次電池：1、正極的制備：（1）電解液的配制：原料：苯胺、5-氨基水楊酸、鹽酸和二次蒸餾水。其中，苯胺經減壓蒸餾后保存在低溫條件下備用。配置100mL含量分別為0.1～1.0mol/L的苯胺、0.01～0.1mol/L的5-氨基水楊酸和0.5～2.0mol/L的鹽酸水溶液，用磁力攪拌器攪拌均勻。（2）集流體：將石墨紙用二次蒸餾水洗滌，烘干。然后裁成25cm2的片狀，備用。（3）苯胺與5-氨基水楊酸共聚物的合成：將配制好的電解液置于三管電解池中，以背面涂有絕緣層的片狀輕薄石墨紙為工作電極，以飽和甘汞電極為參比電極、鉑電極為對電極，采用恒電位電化學聚合方法，在電位為0.7～1.5V（相對于飽和甘汞電極）的條件下電化學合成5～20分鐘，使片狀石墨紙表面負載有0.01～1g苯胺與5-氨基水楊酸共聚物。將負載有苯胺與5-氨基水楊酸共聚物的片狀輕薄石墨紙用二次蒸餾水洗滌，然后再在70～90℃的烘箱中真空干燥24h以上。2、負極的制備：鋅片的純度為99.99%，厚度為0.010～0.25mm，裁剪為25cm2的片狀，用金相砂紙打磨去掉表面氧化物，然后用二次水洗滌，烘干，在無氧條件下保存待用。3、鋅-苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池電解液的配制：將ZnCl2和的NH4Cl溶解在二次水中，配制成含1.0～3.0MZnCl2和2.0～4.0MNH4Cl的混合溶液，并加入濃度為0.01～0.5M有機酸鹽，再用鹽酸或氫氧化鈉調整溶液的pH值到4.0～6.0。其中有機酸鹽選自乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、辛酸鹽、己二酸鹽、丙二酸鹽、丁二酸鹽、馬來酸鹽、酒石酸鹽、苯甲酸鹽、苯乙酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、戊酸鹽、己酸鹽、癸酸鹽、丙烯酸鹽、檸檬酸鹽中的一種或幾種的組合。4、電池的組裝：依次將鋅片、具有分隔電池正負極作用的隔膜（如聚丙烯無紡布）和負載苯胺與5-氨基水楊酸共聚物的石墨紙依順序疊放在一起，并以絕緣材料扎緊，放入容器中，加入適量配制好的電池電解液，組裝成二次電池。結構示意圖如圖1。組裝的該二次電池的開路電壓為1.3±0.2V，電池在0.7～1.5V之間充放電。共聚物電池的放電比容量為145mAh·g-1，電池在恒電流下連續充放電150次，第150次的放電比容量為96mAh·g-1，庫倫效率為97%。二、性能測試：本專利技術采用系列電化學方法如循環伏安，電化學交流阻抗，充放電測試，研究集流體的電化學性質，以及聚合物二次電池的充放電性能。1、空白石墨紙在不同pH的電解液條件下的循環伏安曲線：采用與以上二次電池相同的電解液，以空白石墨紙為正極，以鋅片為負極，采用循環伏安進行測試，得圖2所示的不同pH下的循環伏安曲線。圖2中，曲線a是石墨紙在pH值為4.20下的循環伏安曲線。曲線b是石墨紙在pH值為4.70下的循環伏安曲線。曲線c是石墨紙在pH值為5.20下的循環伏安曲線。可以看出石墨紙的化學性質穩定。2、空白石墨紙在不同pH的電解液條件下的交流阻抗曲線：采用與以上二次電池相同的電解液，以空白石墨紙為正極，以鋅片為負極，采用循環伏安進行測試，得圖3所示的不同pH下的交流阻抗曲線。圖3中，曲線a是石墨紙在pH值為4.20下的交流阻抗曲線。曲線b是石墨紙在pH值為4.70下的交流阻抗曲線。曲線c是石墨紙在pH值為5.20下的交流阻抗曲線。可以看出石墨紙的電荷轉移內阻基本為零。3、二次電池在不同電流密度的恒電流充放電曲線：對本專利技術制備的二次電池進行不同電流密度下的恒電流充放電試驗，如圖4所示。圖4中，曲線a是共聚物電池在電流密度為117mA·g-1下的充放電曲線。曲線b是共聚物電池在電流密度為78mA·g-1下的充放電曲線。曲線c是共聚物電池在電流密度為39mA·g-1下的充放電曲線。根據測試結果表明：本專利技術制備的二次電池在不同電流密度下的充放電容量變化不大，表明該電池適合大電流下充放電。4、二次電池在不同循環次數時的充放電曲線：對本專利技術制備的二次電池進行不同循環次數時的充放電試驗，結果見圖5所示。圖5中，曲線a是共聚物電池在電流密度為本文檔來自技高網...
【技術保護點】
石墨紙為集流體的鋅/苯胺與5?氨基水楊酸共聚物二次電池，其特征在于陰極是負載在輕薄石墨紙上的苯胺與5?氨基水楊酸共聚物，陽極為鋅片。
【技術特征摘要】
1.石墨紙為集流體的鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池，其特征在于陰極是負載在輕薄石墨紙上的苯胺與5-氨基水楊酸共聚物，陽極為鋅片。2.權利要求1所述石墨紙為集流體的鋅/苯胺與5-氨基水楊酸共聚物二次電池，其特征在于：所述二次電池的電解質由1.0～3.0MZnCl2、2.0～4.0MNH4Cl和有機酸鹽組成...
【專利技術屬性】
技術研發人員：闞錦晴，胡轉，
申請(專利權)人：揚州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32
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