本發(fā)明涉及儲能，特別是一種基于原位交聯(lián)雙網(wǎng)絡水凝膠電解質的準固態(tài)鋅對稱電池和鋅離子電池及其制備方法。
背景技術：
1、水系鋅離子電池因其高安全性、低成本和環(huán)境友好性，在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。水系鋅離子電池通常由金屬鋅負極、有機或無機過渡金屬化合物正極、玻璃纖維隔膜和含有鋅離子的水系電解液組成。然而，由于金屬鋅負極在水溶液中面臨鋅枝晶生長、析氫反應、副產物等諸多挑戰(zhàn)，嚴重制約水系鋅離子電池的使用壽命。
2、近年來，水凝膠電解質因其獨特的物理化學性質，受到了國內外研究人員的廣泛關注，可以替代傳統(tǒng)水系鋅離子電池中的水系電解液和隔膜。水凝膠電解質兼具固態(tài)電解質的安全性和液態(tài)電解質的高離子電導率，不僅能夠有效抑制鋅枝晶生長，還能夠抑制副反應的發(fā)生。
3、現(xiàn)有技術中，制備水凝膠電解質通常是先制備出幾乎不具有離子導電性的水凝膠基體，然后將其浸泡在一定的電解液中，通過水凝膠的溶脹過程和離子擴散行為，使水凝膠內部保留一定的電解液，從而賦予水凝膠離子導電特性。但是這種做法具有很多弊端，比如在水溶液電解質中浸泡后水凝膠的吸水過程會破壞原有交聯(lián)結構，導致水凝膠電解質體積溶脹，力學性能大幅下降，并且水凝膠在對應的電解液中浸泡時間較長，且需要頻繁更換新鮮電解液，操作復雜，耗時長，不利于實際應用。最重要的是，這種水凝膠電解質的含水量普遍較高，仍然容易引發(fā)析氫和鋅枝晶生長等問題。hu等人使用聚乙烯醇和瓊脂制備了用于水系鋅離子電池的水凝膠電解質，制備過程中需要2~3天的電解液活化過程，并且在zn對稱電池中的壽命僅為200?小時，倍率性能也不理想。
4、可見，開發(fā)制備工藝簡便的、一鍋法原位交聯(lián)、并與電極一步集成的水凝膠電解質及基于其的準固態(tài)鋅對稱電池和水系鋅離子電池是解決上述問題和提升器件循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能、庫倫效率等的關鍵。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術存在的問題，提供一種基于原位雙網(wǎng)絡水凝膠電解質的準固態(tài)鋅對稱電池和水系鋅離子電池及其制備方法，采用水凝膠電解質與電極原位交聯(lián)并集成的策略，通過簡單的一鍋法，有效改善電極-電解質的界面條件，并抑制鋅枝晶生長，提升準固態(tài)鋅對稱電池循環(huán)穩(wěn)定性，同時為柔性準固態(tài)水系鋅離子電池提供了一種可行方案。
2、為達到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術方案實施的：
3、本發(fā)明的目的是要提供一種基于原位雙網(wǎng)絡水凝膠電解質的鋅對稱電池和鋅離子電池及其制備方法，包括以下步驟：
4、（1）將一定質量的黃原膠加入硫酸鋅水溶液中，在80?℃條件下攪拌至黃原膠完全溶解后冷卻至室溫，然后依此加入丙烯酰胺，?n-n亞甲基雙丙烯酰胺和過硫酸鉀，室溫攪拌1~2?小時至充分溶解后，超聲20?分鐘以去除混合溶液中的氣泡；
5、（2）使用移液槍量取一定量步驟（1）超聲后的混合溶液，并將其滴加在直徑為10~16?毫米的鋅箔表面；
6、（3）在步驟（2）后，立即在液滴上覆蓋另一片相同大小的鋅箔，室溫條件下交聯(lián)一定時間后，得到準固態(tài)鋅對稱電池；
7、（4）在步驟（2）后，立即在液滴上覆蓋另一片相同大小的正極，室溫條件下交聯(lián)一定時間后，得到準固態(tài)鋅離子電池。
8、進一步地，所述步驟（1）中黃原膠加入量為0.005~0.1克。
9、進一步地，所述步驟（1）中硫酸鋅水溶液濃度為1~2?摩爾/升，體積為5~20毫升。
10、進一步地，所述步驟（1）中加入丙烯酰胺的質量為黃原膠加入量的50~200倍，n-n亞甲基雙丙烯酰胺的加入量為黃原膠加入量的5%~30%，過硫酸鉀的加入量為黃原膠加入量的15%~80%。
11、進一步地，所述步驟（2）中移液槍量取的混合溶液體積為100~200微升。
12、進一步地，所述步驟（3）中的交聯(lián)時間為30分鐘至1小時。
13、進一步地，所述步驟（4）中的正極可以選擇錳基、釩基等適于做鋅離子電池正極的材料。
14、進一步地，所述步驟（4）中的正極需要在鹵素的鹽溶液中處理，處理時間為5分鐘~1小時。
15、進一步地，所述步驟（4）中的正極采用涂覆的方法制備，集流體可以選擇不銹鋼網(wǎng)、鈦網(wǎng)、鈦箔、不銹鋼箔等。
16、進一步地，所述步驟（4）中的交聯(lián)時間為30分鐘至2小時。
17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
18、（1）通過一鍋法將含鋅離子的電解液與黃原膠/丙烯酰胺原位交聯(lián)獲得水凝膠電解質，制備方法簡便，耗時短，環(huán)境友好；
19、（2）該原位交聯(lián)雙網(wǎng)絡水凝膠與鋅箔表面發(fā)生化學氧化還原反應，有效改善電極-電解質的界面接觸，降低界面阻抗；
20、（3）該原位交聯(lián)雙網(wǎng)絡水凝膠促進鋅離子在充放電過程中沿（002）晶面優(yōu)先沉積，有效避免了鋅枝晶生長，提升器件循環(huán)穩(wěn)定性以及充放電過程中zn沉積/溶解的可逆性；
21、（4）基于原位雙網(wǎng)絡水凝膠電解質的鋅對稱電池在1?ma/cm2和1?mah/cm2條件下可以保持1550小時的超長循環(huán)壽命；
22、（5）該原位交聯(lián)雙網(wǎng)絡水凝膠電解質因其良好的界面相容性和界面穩(wěn)定性為準固態(tài)水系鋅離子電池以及柔性可彎折器件提供了一種可行方案。
23、因此，本發(fā)明對于超長循環(huán)壽命準固態(tài)鋅基儲能器件及其在柔性及可穿戴電子設備中的應用具有重要現(xiàn)實意義和應用價值。
1.一種基于原位交聯(lián)雙網(wǎng)絡水凝膠電解質的準固態(tài)鋅對稱電池和鋅離子電池及其制備方法，其特征在于，包括以下步驟：