阅读说明：本技术 一种新型的电缆式柔性锌-空气电池 (Novel cable type flexible zinc-air battery ) 是由 王克亮 张鹏飞 魏满晖 左亚宇 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新型的电缆式柔性锌-空气电池。将强碱性电解质溶解在去离子水中配置浓度为6mol/L的碱性电解液；将空心复合纤维在电解液中完全浸润用作锌-空气电池的电解质材料,把柔性锌棒从纤维电解质中心穿入,外层包裹上空气电极,组装成电缆式结构。本发明创新性的采用纤维电解质,既避免了制备传统凝胶电解质的复杂工艺,又实现了从水系电池到柔性电池的转化。得益于纤维电解质的良好的吸水性和柔韧性,组装的电缆式锌-空气电池表现出全方位的灵活性,并且当电池在运行过程中出现性能衰退或失效现象时,补充碱性溶液后电池的性能可以恢复。这种新型的电缆式柔性锌-空气电池制备简单且成本低,可操作性强,在可穿戴电子产品中很有前景。(The invention discloses a novel cable type flexible zinc-air battery. Dissolving strong alkaline electrolyte in deionized water to prepare alkaline electrolyte with the concentration of 6 mol/L; the hollow composite fiber is completely soaked in electrolyte to be used as an electrolyte material of a zinc-air battery, a flexible zinc rod penetrates into the center of the fiber electrolyte, and the outer layer of the flexible zinc rod is wrapped with an air electrode to form a cable type structure. The invention creatively adopts the fiber electrolyte, thereby not only avoiding the complex process for preparing the traditional gel electrolyte, but also realizing the conversion from the water system battery to the flexible battery. The assembled cable-type zinc-air battery shows all-round flexibility thanks to the good water absorption and flexibility of the fiber electrolyte, and the performance of the battery can be recovered after alkaline solution is supplemented when the battery has performance degradation or failure phenomena in the operation process. The novel cable type flexible zinc-air battery is simple to prepare, low in cost, high in operability and promising in wearable electronic products.)

一种新型的电缆式柔性锌-空气电池

技术领域

本发明属于金属-空气电池能源利用领域，具体涉及到一种新型的电缆式柔性锌-空气电池。

背景技术

在智能电子设备飞速发展的时代，可穿戴和便携式电子产品的实际应用受到越来越多的关注。这种应用需要质量和性能高的电池，并在有限的空间内提供持久的电力供应。

目前，采用柔性金属-空气电池为柔性显示屏、可穿戴设备等电子产品供电是一种理想且可行的策略。锌-空气电池(ZABs)是一种高性能的新兴绿色电池系统，以空气中的氧气为正极，理论上可以提供1086Wh kg-1的高能量密度，未来具有很大的发展潜力和应用前景。

实际应用于柔性电子领域的锌-空气电池大多数都是传统的夹层型结构或电缆式结构。与夹层型锌-空气电池结构相比，电缆式锌-空气电池不仅体积小、质量轻，而且它的柔韧性和可变形性更强，全方位灵活性的优势使其在可穿戴设备和柔性电子领域有更加广阔的应用潜能。

传统的电缆式锌-空气电池通常是由锌阳极、凝胶聚合物电解质(GPE)和空气阴极制备的，已经取得了显著的成就，在弯曲以及拉伸等情况下仍能保持良好的电化学性能。但是该类型电池的发展仍有如下不足之处：

(1)目前广泛应用于柔性锌-空气电池的凝胶聚合物电解质的制备工艺比较复杂，而且成本较高，并且有制备失败的风险。

(2)凝胶电解质的性能衰退后会导致电池性能迅速恶化甚至失效，且无法重新恢复再次利用。

上述因素极大地限制了电缆式锌-空气电池的发展以及在可穿戴电子产品中的实际应用。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型的电缆式柔性锌-空气电池，从而简化电解质的制备工艺，降低成本，同时改善电缆式锌-空气电池的结构和性能。

为实现本发明的目的，提供下述技术方案。

一种新型的电缆式柔性锌-空气电池，其步骤如下：

1)配置碱性溶液：称取一定质量的强碱性固体颗粒，溶解于适量的去离子水中，制成浓度为6mol/L的碱性溶液；

2)制备纤维电解质：将空心复合纤维裁剪成长度尺寸适宜的小段，然后浸泡在6mol/L的强碱性溶液中至完全润湿，使纤维充分吸收并储存碱性溶液；

3)制备锌电极：将锌箔卷成直径与纤维电解质匹配的具有柔韧性的锌棒结构，并用砂纸将表面打磨光滑；

4)制备空气电极：选取非贵金属催化剂的空气电极，并裁剪成长度和宽度适宜的片状结构；

5)将步骤1)、2)、3)、4)所得的纤维电解质、锌电极和空气电极组装成电缆式结构的锌-空气电池。

强碱性固态电解质包括氢氧化钾、氢氧化钠等强电解质中的一种。

强碱性电解质溶液的浓度为6mol/L。

复合纤维的使用起到框架的作用，作为碱性电解质溶液的吸收和储存器。

纤维电解质框架是指具有良好吸水性和柔韧性的纤维材料。

纤维电解质框架的空心结构方便电缆式锌-空气电池的组合与安装。

锌电极、纤维框架电解质以及空气电极的尺寸要匹配，保证三者之间能够紧密契合。

锌棒从复合纤维的中间孔隙穿入，复合纤维紧紧包裹在锌棒外侧，锌棒多出一部分作为电池的锌电极接口；空气电极要与纤维框架对齐，并且紧贴外侧包裹，空气电极多出一部分作为电池的空气电极接口。

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

(1)本发明将复合纤维用作碱性电解液吸收和储存的框架，应用于电缆式柔性锌-空气电池系统中，避免了制备凝胶电解质的复杂工艺，同时又实现了从水系电池到柔性电池的转化，电池表现出全方位的柔韧性和灵活性。

(2)本发明的纤维电解质具备高吸水性和极好的柔韧性，电池在运行过程中出现性能衰退或失效现象时，补充电解质后电池的性能可以恢复。纤维电解质的应用使锌-空气电池具有了电解质可补充、失效再恢复的特性，并且实现了长时间的续航

(3)本发明的工艺简单，成本低，整个制造过程简单且可操作性强，便于电缆式锌-空气电池的高效制作。

附图说明

图1为本发明的电缆式柔性锌-空气电池的结构原理示意图。

图2为本发明的电缆式锌-空气电池在运行过程中出现性能衰退现象时，在纤维框架中补充强碱性电解质溶液后的电池性能恢复图。

图3为本发明的电缆式锌-空气电池在运行过程中出现失效现象时，在纤维框架中补充强碱性电解质溶液后的电池性能恢复图。

图1中：1.空气电极、2.锌原子、3.氢氧根、4.氧化锌、5.锌电极、6.纤维框架电解质、7.催化层、8.水分子、9.氧气。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1、图2、图3所示，图1是本发明的电缆式柔性锌-空气电池的结构原理示意图；图2是本发明的电缆式锌-空气电池在运行过程中出现性能衰退现象时，在纤维框架中补充强碱性电解质溶液后的电池性能恢复图；图3是本发明的电缆式锌-空气电池在运行过程中出现失效现象时，在纤维框架中补充强碱性电解质溶液后的电池性能恢复图。

如图1所示，一种新型的电缆式柔性锌-空气电池结构原理示意图，其结构特点包括：以柔性锌棒为金属电极；以纤维框架作为吸收和储存强碱性电解液的载体，紧紧包裹在锌电极上；以非贵金属催化剂的空气电极缠绕在纤维电解质表面。纤维电解质的使用将水系电池转变为柔性电池。

如图2所示，一种新型的电缆式柔性锌-空气电池性能恢复图。本发明的电缆式锌-空气电池在运行过程中出现性能衰退现象时，在纤维框架中补充强碱性电解质溶液后，实现了电池性能的恢复。

如图3所示，一种新型的电缆式柔性锌-空气电池性能恢复图。本发明的电缆式锌-空气电池在运行过程中出现电池失效现象时，在纤维框架中补充强碱性电解质溶液后，实现了电池性能的恢复。

本发明实施例中，中空复合纤维的外径为3mm；强碱性溶液为10.08g氢氧化钾(KOH)固体颗粒溶解在30ml去离子水中制备的浓度为6mol/L的氢氧化钾溶液。

本发明实施例中，单个电缆式锌-空气电池持续对纤维进行氢氧化钾溶液的补充，实现了电池性能的连续恢复，达到了长时间的续航。

本发明实施例中，两个电缆式柔性锌-空气电池串联给小灯供电，带动小风扇旋转，给智能手机充电。

需要说明的是，上述实施方式仅是示例性的，并非限定于本发明的保护范围。凡是在本发明的基础、原理上所做的任何修改、等同替换以及改进等，均应在本发明的保护范围之内。