Page 176 - 《精细化工》2022年第11期
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·2326· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷
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导率最大,为 11.00×10 S/cm,比相同 BC 用量的 制备的琼脂糖凝胶电解质组装的铝空气电池(电流密
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BC-PVA5(原位法)的离子电导率(8.25×10 S/cm) 度为 25.3 mA/cm 时,功率密度为 26.9 mW/cm ),同
提高了 33.3%,与吸液率分析结果一致。PVA 与 BC 样优于基于溶胶-凝胶法制备的凝胶电解质组装的
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都具有亲水性,具有良好的界面相容性,3D 打印制 铝空气电池(功率密度为 1.42 mW/cm 时,电流密
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备的超拉伸凝胶电解质拥有较好的润湿性和电化学 度为 1.1 mA/cm ) [23] 。由于现有可穿戴柔性电子设
性能。此外,该结果也与 XRD 测试结果一致。 备功率一般为微瓦或毫瓦,BC-PVA2 组装而成的铝
2.5 柔性铝空气电池放电性能分析 空气电池能够满足可穿戴柔性电子设备的需求。
为了进一步验证凝胶电解质的适用性,将其应 对比不同凝胶电解质的吸液率、断裂伸长率和
用于柔性铝空气电池,根据电流阶跃法测得的电压 离子电导率,说明 3D 打印更有效改善了凝胶电解
及功率密度曲线如图 7 所示。 质内部的孔隙,提升了吸液率以及界面稳定性,从
而提升了离子电导率。凝胶电解质离子电导率越高,
其组装成的铝空气电池电化学性能越好。BC-PVA2
组装而成的铝空气电池能够在更大的电流密度下放
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电(0~55 mA/cm ),具有更高的电压以及功率密度。
通过上述实验证实,BC-PVA2 超拉伸凝胶电解
质具有较好的拉伸性能和电化学性能。对由 BC-
PVA2 组装而成的柔性铝空气电池进行了恒流放电
测试,结果如图 8 所示。由图 8a 可知,柔性铝空气
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电池能够在 20 mA/cm 的恒定电流下稳定工作
90 min,充分体现了铝空气电池活性高、放电速度
图 7 不同凝胶电解质组装的铝空气电池功率密度曲线 快等优势。由图 8b 可知,铝空气电池电流密度分别
Fig. 7 Power density curves of aluminum-air batteries 为 1、3、5、20、30 mA/cm 时,恒放电 90 min,阳
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assembled with different gel electrolytes
极比容量分别为 676、724、913、1124、728 mA·h/g。
由图 7 可知,BC-PVA2 组装而成的铝空气电池 电流密度越大,电极的极化越强,降低了凝胶电解
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的放电性能最佳(电流密度为 46.8 mA/cm 时,功 质中离子的扩散速度。所以,当电流密度为 30 mA/cm 2
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率密度达 21.0 mW/cm ),相比 BC-PVA5 组装而成的 时,铝空气电池阳极比容量下降明显。电流密度为
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铝空气电池放电性能提升明显(电流密度为 20 mA/cm 时,电池能够恒放电 90 min,阳极比容量
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24.8 mA/cm 时,功率密度达 10.4 mW/cm )。将 BC- 达 1124 mA·h/g,说明 3D 打印的凝胶电解质在铝空
PVA2 组装而成的铝空气电池与其他柔性铝空气电 气电池中具有良好的离子迁移能力,且铝空气电池
池进行对比,其综合性能优于 SUN 等 [22] 通过原位法 具有稳定的放电性能。
图 8 由 BC-PVA2 组装而成的柔性铝空气电池恒流放电曲线(a)以及不同放电电流密度下的阳极比容量(b)
Fig. 8 Constant discharge current curves of flexible aluminum-air battery from BC-PVA2 (a) and anodic specific capacity
under different discharge current densities (b)
3 结论 质,该技术改善了 BC 与 PVA 的交联网络,提升了
与电极的接触面积。该超拉伸凝胶电解质具有较好
(1)采用 3D 打印技术制备了超拉伸凝胶电解 的浸润性、孔隙率、吸液率,与原位法制备的凝胶