Page 40 - 《精细化工》2023年第2期
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·262·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

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                 由图 9a~c 可知,在 3、5、7 mA/cm 电流密度                 本制备的固态铝空气电池在进行简易堆叠后,有望代
            下,2% PIN/PAN 固态铝空气电池初始放电电压分别                       替纸基铝空气电池应用于低功率微型柔性电子设备。
            为 1.35、1.24、1.17 V,放电时长分别为 42、24、
                                                               参考文献:
            17 min。6% PIN/PAN 固态铝空气电池初始放电电压
                                                               [1]   ROBERT B, TRISTAN A, PLAMEN A. Aluminum-air batteries: A
            分别为 1.45、1.32、1.25 V,放电时长分别为 44、
                                                                   review of alloys, electrolytes and design[J]. Journal of Power Sources,
            27、19 min。4% PIN/PAN 固态铝空气电池初始放电                       2021, 498: 229762.
            电压分别为 1.47、1.38、1.29 V,放电时长分别为                     [2]   EGAN  D R,  LEN  C P D, WOOD R  J K, et al. Developments in
                                                                   electrode  materials and electrolytes for aluminium-air batteries[J].
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            46、29、22 min。在 3、5、7 mA/cm 电流密度下,                      Journal of Power Sources, 2013, 236: 293-310.
            上述 3 种固态铝空气电池初始放电电压、放电时长                           [3]   WANG Y F, PAN W D, KWOK H, et al. Low-cost Al-air batteries
                                                                   with paper-based solid electrolyte[J].  Energy Procedia, 2019, 158:
            依次提高,且均优于纸基(C-P)铝空气电池(放电                               522-527.
            电压分别为 1.32、1.22、1.16 V 及放电时长分别为 39、                [4]   WANG Y F, PAN W D, KWOK H, et al. Liquid-free Al-air batteries
            22、16 min)。这是因为,PIN/PAN 聚合物基电解质                        with paper-based  gel electrolyte:  A  green energy technology for
                                                                   portable electronics[J]. Journal of Power Sources, 2019, 437:
            膜较高的离子电导率降低了电池内阻损耗,从而提                                 226896.
            升了电池放电电压,同时其具有三维网格结构、更                             [5]   KAUSHAL S, SAHU A K, RANI M, et al. Multiwall carbon
                                                 –
            高的孔隙率和吸液率,可储存更多的 OH ,从而延                               nanotubes tailored porous carbon fiber paper-based gas  diffusion
                                                                   layer performance in polymer electrolyte  membrane fuel cell[J].
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            长了电池放电时长。在 3、5、7 mA/cm 电流密度下,                          Renewable Energy, 2019, 142: 604-611.
                                                               [6]   LIU Z D, DU H P, CUI Y Y, et al. A reliable gel polymer electrolyte
            最优配比 4% PIN/PAN 固态铝空气电池相较于 C-P                         enables stable cycling of rechargeable aluminum batteries in a wide-
            铝空气电池初始放电电压分别提升约 11%、13%、                              temperature range[J]. Journal of Power Sources, 2021, 497: 229839.
            11%,放电时长分别提升约 18%、32%、38%。根据                       [7]   WANG  Y F, KWOK H, PAN W D, et al. Innovative paper-based
                                                                   Al-air batteries as  a low-cost and green energy technology for the
            电流阶跃法测得的功率密度曲线如图 9d 所示。由图                              miniwatt market[J]. Journal of Power Sources, 2019, 414: 278-282.
            9d 可知,在相同条件下,4% PIN/PAN 固态铝空气电                     [8]   PAN W D, WANG Y F, KWOK H Y H, et al. Aluminum-air battery
                                                                   with cotton substrate: Controlling the discharge capacity by electrolyte
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            池的电压最高为 1.47 V,功率密度为 1.82 mW/cm ,                      pre-deposition[J].  Green Energy & Environment, 2021. DOI:
            显著高于同条件下的 C-P 铝空气电池最高电压 1.32                           10.1016/j.gee.2021.05.003.
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            V 及最高功率密度 1.06 mW/cm ,性能分别提升约                      [9]   AVOUNDJIAN A, GALVAN V, GOMEZ F A. An inexpensive paper-
                                                                   based aluminum-air battery[J]. Micromachines, 2017, 8: 222-232.
            11%和 72%。说明 PIN/PAN 纤维可有效代替 C-P 作                  [10]  CHOUDHARY R B, ANSARI S, PURTY B. Robust electrochemical
            为电解质基质,提升电池放电电压、延长电池放电                                 performance of polypyrrole (PPy) and polyindole (PIn) based hybrid
                                                                   electrode materials for supercapacitor application: A review[J]. Journal
            时间,但同时需要控制添加的 PIN 含量,才能更高                              of Energy Storage, 2020, 29: 101302.
            效率地提升电解质的离子电导率及吸液率。                                [11]  MARRIAM I, WANG  Y  H, TEBYETEKERWA M. Polyindole
                                                                   batteries and supercapacitors[J]. Energy Storage Materials, 2020, 33:
                                                                   336-359.
            3   结论                                             [12]  THOMAS M,  RAJIV S. Porous membrane of polyindole and
                                                                   polymeric ionic liquid incorporated PMMA for efficient quasi-solid
                 本文通过化学聚合法制备了 PIN 颗粒,并通过                           state dye sensitized solar cell[J]. Journal of Photochemistry and
                                                                   Photobiology A: Chemistry, 2020, 394: 112464.
            静电纺丝技术制备出 PIN/PAN 纤维,静电纺丝技术
                                                               [13]  ÇAKAR S, SOYKAN C, ÖZACAR M. Polyacrylonitrile/polyindole
            能有效地制备高孔隙率、高吸液率的纤维,同时具                                 and poly(glycidyl methacrylate)/polyindole composites based quasi
            有一定的断裂伸长率。                                             solid electrolyte materials for dye sensitized solar cells[J]. Solar
                                                                   Energy, 2021, 215: 157-168.
                 通过电化学性能分析可知,4% PIN/PAN 纤维的                    [14]  AKIEH M N, PRICE W E,  BOBACKA J, et al. Ion  exchange
            吸液率达 496%、孔隙率为 87.1%、断裂伸长率为                            behavior and charge compensation  mechanism of polypyrrole in
                                                                   electrolytes containing mono-, di-  and trivalent metal ions[J].
            8.7%,分别是 C-P 的 3.2、1.1、3.8 倍。4% PIN/PAN
                                                                   Synthetic Metals, 2009, 159: 2590-2598.
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            聚合物基电解质膜在 3、5、7 mA/cm 电流密度下,                       [15]  RAJASUDHA G, SHANKAR H, BOUKOS T N, et al. Preparation
            放电时长比 C-P 铝空气电池分别提升约 18%、32%、                          and characterization of polyindole-ZnO composite polymer electrolyte
                                                                   with LiClO 4[J]. Ionics, 2010, 16: 839-848.
                                     –4
            38%,离子电导率为 6.7×10  S/cm,离子扩散系数                     [16]  CHANG C  W, LAI  W C. A strategy for preparing solid polymer
                      –8
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            为 2.69×10  cm /S。                                      electrolytes via the electrospinning process[J]. Journal of the Taiwan
                                                                   Institute of Chemical Engineers, 2020, 116: 279-285.
                 基于 PIN/PAN 聚合物基电解质膜制备的固体铝                     [17]  WU Y P (吴延鹏), ZHANG Q Y (钟乔洋), XING Y (邢奕), et al.
            空气电池比 C-P 铝空气电池具有更久的放电时长、更                             Research progress  of electrospinning  nanofiber membranes in air
                                                                   filtration[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2021, 38(8): 1530-1541.
            高的电池电压及功率密度,最高(PIN 含量 4%)可
                                                               [18]  LUO J W, ZHONG W B,  ZOU  Y B,  et al. Preparation of
            比纸基电解质分别提升约 38%、13%、72%。PIN/PAN                        morphology-controllable polyaniline and polyanilinegraphene hydrogels
                                                                   for high performance binder-free supercapacitor electrodes[J]. Journal
            聚合物基电解质膜制备简易,可有效代替 C-P 作为
                                                                   of Power Sources, 2016, 319: 73-81.
            固体铝空气电池的电解质,提升电池整体性能。低成                                                           (下转第 348 页)
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