[0040] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0041] 实施例1
[0042] 本实施例涉及一种柔性锌空电池用锌阳极材料的制备方法及应用,其步骤如下:
[0043] 步骤一、将若干根股数为4长度为11cm的棉线(乳白色)用丙酮进行浸泡并且加超声处理30分钟,然后用去离子水浸泡并且加超声处理30分钟,取出后进行自然干燥待用;
[0044] 步骤二、将去油后的织物放入由高锰酸钾(KMnO4)和硫酸(H2SO4)配制的水溶液(KMnO4:2~4g/L;H2SO4调节pH约3.0)中进行粗化,温度控制在35~40℃,5~10分钟后取出,用水漂洗干净;
[0045] 步骤三、将前处理完毕的棉线(单根)放入30mL由氯化亚锡(SnCl2)和盐酸配制的水溶液(10g/L氯化亚锡(SnCl2)和40mL/L 37wt%盐酸(HCl))中进行敏化处理,室温状态下,30分钟后取出;
[0046] 步骤四、将敏化后的棉线放入30mL由氯化钯(PdCl2)和盐酸(HCl)(0.5g/LPdCl2和20mL/L 37wt%HCl)配制的水溶液中进行活化处理,室温状态下,30分钟后(待棉线颜色较深且不在变化为止)取出用去离子水进行冲洗;
[0047] 步骤五、将活化后的棉线放入由商用化学镀铜溶液中进行化学镀铜,室温条件下, (根据镀层均匀程度和致密程度调整施镀时间,保证棉线上无漏镀现象)12小时,将化学镀铜后用去离子水冲洗干净,放入冰箱中进行冷冻处理,1小时后取出放入冻干机中进行干燥处理,3小时后取出。
[0048] 未处理的棉线、化学镀铜处理棉线、化学镀铜后再电沉积锌处理棉线的形貌对比如图1中的a所示,未处理的棉线、化学镀铜处理棉线、化学镀铜后再电沉积锌处理棉线的放大图分别如图1中的b~d所示,棉线处理前后颜色特征变化明显,可明显区分出基体棉线、化学镀铜棉线、电沉积锌棉线,且棉线处理前后的直径变化不明显,棉线、化学镀铜线、电沉积锌线长度均大于27cm,金属铜、锌均匀附着在基体上,无漏镀现象。
[0049] 棉线经化学镀铜12小时处理后的SEM图如图2所示,化学镀铜样品无漏镀现象,镀层均匀致密,金属完整覆盖了棉线基体,有利于接下来的电沉积锌。
[0050] 实施例2
[0051] 本实施例涉及一种柔性锌空电池用锌阳极材料的制备方法及应用,其步骤如下:
[0052] 步骤一、配制电沉积锌所用电镀液,具体配比:七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O):250g/L;无水硫酸钠(Na2SO4):30g/L;聚乙二醇20000(PEG20000):2g/L;苄基二甲基十八烷基氯化铵基水合物(OC):1g/L;用硫酸铝(Al2(SO4)3):5g/L,然后用超纯水将镀液加到250mL;
[0053] 步骤二、用商用锌片做阳极,将化学镀处理好的棉线基体与阴极连接置于电沉积液中,置于镀液中的棉线长度为10cm;开启电源,采用控制电流方式进行电沉积锌,电沉积工艺参数为:电流为0.4A,施镀时间为5分钟,镀液温度为25℃,镀液pH为4;
[0054] 步骤三、锌电沉积后用去离子水冲洗干净,放入冰箱中进行冷冻处理,1小时后取出放入冻干机中进行干燥处理,3小时后取出;
[0055] 步骤四、配制固态电解质:1g PVA+8mL反应水,95℃水浴下磁力搅拌60分钟,之后添加1g氢氧化钾(KOH)+2mL水的混合液,95℃水浴下磁力搅拌30分钟;
[0056] 步骤五、组装柔性锌-空气电池,采用商业空气电极作为阴极,锌电极作为柔性阳2
极,电解质溶液为PVA和6M氢氧化钾的均匀混合物,电流密度为1mA/cm进行充放电测试。
[0057] 棉线在电流为0.4A、施镀时间为5分钟、镀液温度为25℃、镀液pH为4的条件下制备的电沉积锌样品的SEM图如图3所示,金属锌的覆盖完整致密,形貌规整一致,存在褶皱增加了实际表面积。
[0058] 镀锌样品的EDS能谱图如图7所示。从图可以看出镀层含Zn、Cu、C、O、Al元素,说明含C、O是因为基体为棉线(有机物),含Cu说明棉线被化学镀上了铜镀层,含锌说明成功电沉积锌镀层,含Al是因为电沉积液中的硫酸铝(Al2(SO4)3)的存在,可能发生了共沉积。
[0059] 棉线经化学镀铜12小时,电沉积锌工艺:电流为0.4A,施镀时间为5分钟,镀液温度为25℃,镀液pH为4条件下制备的样品,作为柔性锌-空气电池阳极,组装成电池经历充放电测试后的冲洗干净的EDS能谱图如图8所示。从图可以看出样品中含Zn、 Cu、C、O元素,如图7所述。但是氧含量较碳含量有较大提高,一方面是因为锌的氧化,另一方面是因为在充放电的过程中锌的氧化产物附着锌的表面。
[0060] 棉线经化学镀铜12小时,电沉积锌工艺:电流为0.4A,施镀时间为5分钟,镀液温度为25℃,镀液pH为4条件下制备的样品,作为柔性锌-空气电池阳极,组装成电池所测的充放电曲线如图9所示。电流密度为1mA/cm2,共经历5次充放电循环。第一圈共400s,第二圈共800s,第三圈共1200s,第四圈共1600s,第五圈共1600s,充放电测试总时间5600s。电池在第四圈是进入稳定状态,电池稳定充放电时的充电电压为 2.141V,放电电压为1.257V。
[0061] 实施例3
[0062] 本实施例涉及一种柔性锌空电池用锌阳极材料的制备方法及应用,其步骤如下:
[0063] 步骤一、配制电沉积锌所用电镀液,具体配比:七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O):250g/L;无水硫酸钠(Na2SO4):30g/L;聚乙二醇20000(PEG20000):2g/L;苄基二甲基十八烷基氯化铵基水合物(OC):1g/L;用硫酸铝(Al2(SO4)3):5g/L,然后用超纯水将镀液加到250mL;
[0064] 步骤二、用商用锌片做阳极,将活化处理好的棉线基体与阴极连接置于电沉积液中,置于镀液中的棉线长度为10cm;开启电源,采用控制电流方式进行电沉积锌,电沉积工艺参数为:电流为0.4A,施镀时间为5分钟,镀液温度为45℃,镀液pH为4;
[0065] 步骤三、锌电沉积后用去离子水冲洗干净,放入冰箱中进行冷冻处理,1小时后取出放入冻干机中进行干燥处理,3小时后取出;
[0066] 步骤四、配制固态电解质:1g PVA+8mL反应水,95℃水浴下磁力搅拌60分钟,之后添加1g氢氧化钾(KOH)+2mL水的混合液,95℃水浴下磁力搅拌30分钟;
[0067] 步骤五、组装柔性锌-空气电池,采用商业空气电极作为阴极,锌电极作为柔性阳极,电解质溶液为PVA和6M氢氧化钾的均匀混合物,电流密度为1mA/cm2进行充放电测试。
[0068] 棉线在电流为0.4A、施镀时间为5分钟、镀液温度为45℃、镀液pH为4的条件下制备的电沉积锌样品的SEM图如图4所示。金属锌的覆盖完整致密,形貌规整一致,且表面较平整。
[0069] 实施例4
[0070] 本实施例涉及一种柔性锌空电池用锌阳极材料的制备方法及应用,其步骤如下:
[0071] 步骤一、配制电沉积锌所用电镀液,具体配比:七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O):250g/L;无水硫酸钠(Na2SO4):30g/L;聚乙二醇20000(PEG20000):2g/L;苄基二甲基十八烷基氯化铵基水合物(OC):1g/L;用硫酸铝(Al2(SO4)3):5g/L,然后用超纯水将镀液加到250mL;
[0072] 步骤二、用商用锌片做阳极,将活化处理好的棉线基体与阴极连接置于电沉积液中,置于镀液中的棉线长度为10cm;开启电源,采用控制电流方式进行电沉积锌,电沉积工艺参数为:电流为0.4A,施镀时间为5分钟,镀液温度为45℃,镀液pH为2;
[0073] 步骤三、锌电沉积后用去离子水冲洗干净,放入冰箱中进行冷冻处理,1小时后取出放入冻干机中进行干燥处理,3小时后取出;
[0074] 步骤四、配制固态电解质:1g PVA+8mL反应水,95℃水浴下磁力搅拌60分钟,之后添加1g氢氧化钾(KOH)+水2mL的混合液,95℃水浴下磁力搅拌30分钟;
[0075] 步骤五、组装柔性锌-空气电池,采用商业空气电极作为阴极,锌电极作为柔性阳极,电解质溶液为PVA和6M氢氧化钾的均匀混合物,电流密度为1mA/cm2进行充放电测试。
[0076] 棉线在电流为0.4A、施镀时间为5分钟、镀液温度为45℃、镀液pH为2的条件下制备的电沉积锌样品的SEM图如图5所示。金属锌的覆盖完全致密,形貌规整一致,虽存在部分氧化(因在空气中保存时间较长导致),依然可看出颗粒度较小,比表面积增加。
[0077] 实施例5
[0078] 本实施例涉及一种柔性锌空电池用锌阳极材料的制备方法及应用,其步骤如下:
[0079] 步骤一、配制电沉积锌所用电镀液,具体配比:七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O):250g/L;无水硫酸钠(Na2SO4):30g/L;聚乙二醇20000(PEG20000):2g/L;苄基二甲基十八烷基氯化铵基水合物(OC):1g/L;用硫酸铝(Al2(SO4)3):5g/L,然后用超纯水将镀液加到250mL;
[0080] 步骤二、用商用锌片做阳极,将活化处理好的棉线基体与阴极连接置于电沉积液中,置于镀液中的棉线长度为10cm;开启电源,采用控制电流方式进行电沉积锌,电沉积工艺参数为:电流为0.4A,施镀时间为9分钟,镀液温度为25℃,镀液pH为4;
[0081] 步骤三、锌电沉积后用去离子水冲洗干净,放入冰箱中进行冷冻处理,1小时后取出放入冻干机中进行干燥处理,3小时后取出;
[0082] 步骤四、配制固态电解质:1g PVA+8mL反应水,95℃水浴下磁力搅拌60分钟,之后添加1g氢氧化钾(KOH)+水2mL的混合液,95℃水浴下磁力搅拌30分钟;
[0083] 步骤五、组装柔性锌-空气电池,采用商业空气电极作为阴极,锌电极作为柔性阳2
极,电解质溶液为PVA和6M氢氧化钾的均匀混合物,电流密度为1mA/cm进行充放电测试。
[0084] 棉线在电流为0.2A、施镀时间为9分钟、镀液温度为25℃、镀液pH为4的条件下制备的电沉积锌样品的SEM图如图6所示。金属锌的覆盖完整致密,形貌规整一致,存在褶皱增加了实际表面积,但因为沉积时间较长,上锌量较多,不同根纤维已难以区分。
[0085] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。