添加剂式储能膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种储能膜，尤其涉及一种添加剂式储能膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 储能膜是一种2011年才出现的新型的储能材料，是由新加坡国立大学的科研团 队发明的超强可极化材料，其化学组成为水溶性的有机高分子多聚盐。在储能膜中存在许 多纳米级别的离子通道，通道的直径一般为几个纳米，且这些通道互相联通，遍布整个储能 膜结构，形成三维的网络分布。纳米离子通道具有较高的水合度和电学极性，金属离子在其 中呈现出较高的可移动性和电导率(室温电导率高达l(T3S/cm)。更重要的是，储能膜中的 正负离子在外电场的作用下，可被极化而定向排列在储能膜/电极界面，因而具有快速储 存电能的效果。
[0003] 基于储能膜的储能器件，其储电原理和性能类似目前熟知的超级电容器，两者的 储能都是通过带电离子在电极两端的定向排列实现的，是一个物理过程。因此，这类电容器 件具有充放电速度快、功率密度大、充放电次数多等优点（理论充放电次数为无限次)，为锂 电池等基于电化学反应的储能器件提供了重要的补充。
[0004] 综上所述，储能膜代表着新的储能材料的出现，由此制得的全固态储能器件不含 液体电解质，安全性好，工作电压高。但由于储能膜为固态，内阻较高，使得短路放电电流等 性能较差，进而影响储能膜的储电性能，大大地限制了储存电荷的输出。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种添加剂式储能 膜及其制备方法，以提高储能器件的放电电流等储电性能。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：
[0007] 添加剂式储能膜，包括有储能膜，其特征在于：所述的储能膜含有60. 0-99. 5重量 百分比的聚苯乙烯磺酸盐，同时含有0. 5-40. 0重量百分比的添加剂，所述聚苯乙烯磺酸盐 包括聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸锂、聚苯乙烯磺酸钾多聚物高分子中的一种或几种，所 述添加剂选自含有石墨粉、碳纳米管、银粉、铝粉、铜粉、铁粉构成的导电性颗粒中的一种或 是几种。
[0008] 进一步地，上述的添加剂式储能膜的制备方法，其中：所述储能膜的正面与背面均 分布有电极。比如采用石墨材质的电极，形成三明治结构的储能器件。
[0009] 添加剂式储能膜的制备方法，其包括以下步骤：步骤①，将聚苯乙烯磺酸盐与足 以使其溶解的水在充分搅拌下混合得到混合溶液，所述高分子多聚盐与水的重量比值为 5. 0-45. 0% ;步骤②，将混合溶液于室温至80°C的温度下充分搅拌后，静置5min-24h;步骤 ③，对导电性颗粒构成的添加剂进行研磨，所述导电性颗粒粒度为50至400目；步骤④，将 添加剂按〇. 5-40. 0%的重量比例加入混合溶液中，构成混合溶液，搅拌4min-3h;步骤⑤，将 步骤④所得混合溶液于室温至80°C的温度下，搅拌4min-3h;步骤⑥，将步骤⑤混合均匀的 溶液称重取出10-500g，放置在拥有适当表面积的容器内，进行烘干，得到储能膜；所述导 电性颗粒为石墨粉、碳纳米管、银粉、铝粉、铜粉、铁粉、金粉中的一种或几种。
[0010] 进一步地，上述的添加剂式储能膜的制备方法，其中：所述的步骤⑥完成后，在储 能膜的正面与背面均分布有电极，既将电极、式储能膜、电极呈三明治结构排列，放置在叠 层压台的操作台面上，压膜时间设置为25至35s，压膜温度为室温，压膜压力为1至3Mpa。
[0011] 更进一步地，上述的添加剂式储能膜的制备方法，其中：所述聚苯乙烯磺酸盐包括 聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸锂、聚苯乙烯磺酸钾多聚物高分子中的一种或几种，所述聚 苯乙烯磺酸盐的分子量为1.8-10万。
[0012] 进一步地，上述的添加剂式储能膜的制备方法，其中：所述的容器内表面设置有粗 糙层，容器处于水平位置。
[0013] 进一步地，上述的添加剂式储能膜的制备方法，其中：所述的烘干过程为，采用过 流延机烘干，温度设置为第一温区40°c至60°C，第二温区60°C至70°C，第三温区70°C至 80°C，第四温区50°C至60°C，传送带的速度为10至20m/min，最终获得厚度为0. 5至1. 5mm 的储能膜。
[0014] 再一步地，上述的添加剂式储能膜的制备方法，其中：所述温度设置为第一温区 50°C，第二温区65°C，第三温区80°C，第四温区60°C，传送带的速度为15m/min，最终获得厚 度为1. 0mm的储能膜。
[0015] 本发明技术方案的优点主要体现在：储能膜中掺杂导电性颗粒的添加剂，这种添 加剂均匀地分布在储能膜中，因局部的电场增强效应而极大地改善了储能膜的内阻并提高 了储能膜的储电性能，其中短路电流由4. 4mA/cm2提高到25.OmA/cm2。
【附图说明】
[0016] 本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和 解释。
[0017] 图1是掺杂导电性颗粒后，在外电场作用下储能膜中的电场分布示意图。
[0018] 图2是实施例一中，充电2分钟后，短路放电电流随时间的变化曲线。
[0019] 图3是实施例二中，充电2分钟后，短路放电电流随时间的变化曲线。
[0020] 图4是实施例三中，充电2分钟后，短路放电电流随时间的变化曲线。
[0021] 图5是实施例四中，充电2分钟后，短路放电电流随时间的变化曲线。
[0022] 图中各附图标记的含义如下：
[0023] 1储能膜2导电性颗粒
[0024] 3 电极
【具体实施方式】
[0025] 添加剂式储能膜，包括有储能膜，其与众不同之处在于：该储能膜含有60. 0-99. 5 重量百分比的聚苯乙烯磺酸盐，同时含有〇. 5-40. 0重量百分比的添加剂。具体来说，聚苯 乙烯磺酸盐包括聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸锂、聚苯乙烯磺酸钾中的一种或几种。与之 对应的是，采用的添加剂选自含有石墨粉、碳纳米管、银粉、铝粉、铜粉、铁粉构成的导电性 颗粒中的一种或是几种。并且，为了便于后续的实际应用，构成有效储能膜器件，在储能膜 的正面与背面均分布有电极，如图1所不。
[0026] 为了更好地实施本发明专利，现提供一种制备该添加剂式储能膜的方法，其特征 在于包括以下步骤：
[0027] 首先，将聚苯乙烯磺酸盐与足以使其溶解的水在充分搅拌下混合得到混合溶液， 该高分子多聚盐与水的重量比值为5. 0-45.0%。