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)