[发明专利]一种锌离子选择性传输隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种锌离子选择性传输隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)将聚丙烯腈、锌盐与有机溶剂混合后，在加热条件下搅拌反应，获得第一溶液；2)将第一溶液在加热条件下进行环化反应，冷却获得的反应产物干燥、洗涤，以提供隔膜。本发明进一步提供了一种锌离子选择性传输隔膜及其应用。本发明提供的一种锌离子选择性传输隔膜及其制备方法，制备流程简单，设备要求低，条件温和，生产成本低，有很好的工业化前景，应用的金属空气电池放电电压高，循环稳定性好，充放电效率高。

技术领域

本发明属于金属空气电池的技术领域，涉及一种锌离子选择性传输隔膜及其制备方法，具体涉及一种应用于非对称电解质金属空气电池中的新型选择性锌离子导通高分子的传输隔膜及其制备方法。

背景技术

可再生能源发电近年来逐步成为应对未来化石燃料枯竭和气候变化的最为理想的发电技术。将可再生能源高效，安全的转化，存储与利用，是可再生能源开发策略的重要组成部分。近年来，大量研究工作致力于开发高能量密度，高放电电压的可充放金属空气电池，特别是锌-空气电池，以解决日益严重的能源转化与存储的高效性和安全性问题。但锌-空气电池有限的工作电压（1.0-1.3V），大大遏制了其商业化进程的推进。相比于传统碱性电解质金属空气电池，采用酸-碱非对称水系电解液的金属空气电池能大大提升电池工作电压和能量密度。但是，既能有效抑制酸-碱中和反应又能保证电解质离子导通的离子选择性传输隔膜是该电池的重要组成部分，其严峻的开发难度阻碍了这一电池的发展。因此，开发安全性高、成本低和环境友好性的电池隔膜的成为近年来相关领域研究人员关注的焦点。

迄今为止，该领域报道了两种类型的隔膜。一种是双极聚合物膜，该隔膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜层压而成，因此制备难度大，设备要求高，制备成本高昂，且无法有效抑制酸-碱中和反应，致使电解液需要频繁补充。另一种是NASICON型陶瓷固态膜，它允许选择性地输送锂离子或钠离子作为介质离子，以实现阳极液和阴极液之间的电荷平衡。然而，NASICON型固态电解质有限的离子电导率和高厚度（约1mm）限制了功率密度和最大放电电流密度，且碱性电解质对该固态电解质具有较强的腐蚀作用。因此，迫切需要在非对称金属空气电池隔膜方面取得进一步的突破。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锌离子选择性传输隔膜及其制备方法，属于非对称电解质金属空气电池技术领域，可以选择性地传输锌离子。在该隔膜中，聚丙烯腈梯形结构与锌离子高效键合，形成锌离子锚定的梯形结构。该隔膜制备流程简单，设备要求低，离子选择性高。

为实现上述目的及其他相关目的， 本发明第一方面提供一种锌离子选择性传输隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将聚丙烯腈（PAN）、锌盐与有机溶剂混合后，在加热条件下搅拌反应，获得第一溶液；

2）将第一溶液在加热条件下进行环化反应，冷却获得的反应产物干燥、洗涤，以提供隔膜。

优选地，步骤1）中，所述聚丙烯腈的CAS号为25014-41-9。

优选地，步骤1）中，所述聚丙烯腈的分子量为100000-200000，优选为150000。

优选地，步骤1）中，所述聚丙烯腈的聚合度为2800-2900，优选为2830。

优选地，步骤1）中，所述锌盐选自硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、乙酸锌、丙烯酸锌、二乙基锌、乳酸锌、葡萄糖酸锌中的一种或多种组合。

优选地，步骤1）中，所述聚丙烯腈（PAN）与锌盐加入的质量之比为1:2-10。

更优选地，所述聚丙烯腈（PAN）与锌盐加入的质量之比为1:4-8。

优选地，步骤1）中，所述有机溶剂为非质子性溶剂。