[发明专利]有机凝胶电解质及其制备的极低温锌-空气电池和方法

权利要求书

1.一种有机凝胶电解质，其特征在于，主要包括以下组分：凝胶单体、交联剂、引发剂、有机抗冻剂、增强剂和碱性电解液。

2.根据权利要求1所述有机凝胶电解质，其特征在于：所述各组分的重量份为：凝胶单体2～8份、交联剂0.002～0.040份、引发剂0.001～0.010份、有机抗冻剂1.0～10.0份、增强剂0.1～1.0份，碱性电解液与上述各组分总质量的体积质量比为20:3～20；所述凝胶单体包括乙烯醇、氧化乙烯、丙烯酸或丙烯酰胺中的一种或几种；所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯或甲基丙烯酸酰化明胶中的一种或几种；所述引发剂包括过硫酸钾和/或过硫酸铵；所述有机抗冻剂包括二甲基亚砜、乙二醇、丙三醇、乙腈、乙醚或环丁砜中的一种或几种；所述增强剂包括纳米纤维素、蒙脱土或二氧化硅中的一种或几种；所述碱性电解液为阳极缓蚀剂和碱混合的水溶液；所述阳极缓蚀剂的摩尔浓度为0.1～1.0mol/L；所述碱的摩尔浓度为1～12mol/L；所述阳极缓蚀剂包括乙酸锌、氯化锌或三氟甲基磺酸锌中的一种或几种；所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷或氢氧化铯中的一种或几种。

3.一种如权利要求1或2所述有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于：将凝胶单体、交联剂、引发剂、有机抗冻剂、增强剂和水搅拌均匀后，倒入模具中进行密封，置于烘箱中固化后，脱模，切片，置于碱性电解液中，浸泡，即成。

4.根据权利要求3所述有机凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述水的用量相当于凝胶单体、交联剂、引发剂、有机抗冻剂和增强剂总质量的0.5～6.0倍；所述搅拌的温度为室温，时间为5～30min；所述固化的温度为55～80℃，时间为6～48h；所述浸泡的温度为室温，时间为24～120h。

5.一种极低温锌-空气电池，其特征在于：从上至下，依次由空气阴极、权利要求1或2所述有机凝胶电解质和锌阳极构成；所述空气阴极从上至下，依次由集流体、隔水透气膜和催化层组成。

6.根据权利要求5所述极低温锌-空气电池，其特征在于：所述集流体的厚度为0.5～3.0mm；所述集流体包括商业泡沫镍、碳布或碳纸；所述隔水透气膜的厚度为0.5～2.0mm；所述催化层的用量为20～80mg/cm²；所述催化层由氧催化剂、导电碳材料和疏水材料以质量比4～8:1:2～5组成；所述氧催化剂包括碳基过渡金属单原子/颗粒、过渡金属氧化物/杂原子掺杂碳杂化材料、过渡金属氢氧化物/杂原子掺杂碳杂化材料或杂原子掺杂的过渡金属氧化物/氢氧化物中的一种或几种；所述导电碳材料包括乙炔黑和/或炭黑；所述疏水材料包括聚四氟乙烯乳液和/或聚偏氟乙烯乳液；所述有机凝胶电解质的厚度为3～8mm；所述锌阳极的厚度为0.5～6.0mm；所述锌阳极包括多孔锌网、泡沫锌或锌箔；所述空气阴极的制备方法为：从上至下，依次将集流体、隔水透气膜和催化层重叠固定后，辊压，即成；所述辊压至压实后的空气阴极的厚度为1～3mm。