一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种电解液的制备方法，具体涉及一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用。

背景技术：

现有燃料电池中常用的电解液通常包括硫酸、汞、naoh，koh等成分，具有腐蚀性，容易引起环境二次污染，已经不能满足商业发展需求,所以必须开发新型电解液。无水硫酸钠(na2so4)、无水碳酸钠(na2co3)及无水碳酸钾(k2co3)都溶于水且其水溶液呈弱碱性，其水溶液是良好的离子电解液。聚丙烯酸钠(paas)是水溶性高分子化合物，具有极强的增稠保水功能，性能极为稳定、对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂。采用上述电解质材料制备凝胶聚合物电解液具有实用、环保、安全等优点。

公知文献1(中国发明专利申请号201280029637.2)公开了包含非水有机溶剂四元混合物的用于锂电池的液体电解质。用于锂电池的液体电解质，其包括溶解在非水有机溶剂四元混合物中的锂盐，其特征在于所述锂盐为高氯酸锂(liclo4)和所述四元混合物由碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、四氢呋喃(thf)和碳酸甲乙酯(emc)构成。公知文献2(中国发明专利申请号201280029637.2)公开了一种硼掺杂石墨烯改性凝胶聚合物电解质的制备方法。本发明公开了一种硼掺杂石墨烯改性凝胶聚合物电解质的制备方法，可应用于超级电容器、混合超级电容器、锂离子电池和燃料电池等领域。其特征包括如下步骤：将氧化石墨烯分散于聚乙烯醇水溶液中,制备聚乙烯醇水凝胶,将水凝胶依次浸泡于硼酸溶液和电解质溶液,得到凝胶聚合物电解质。公知文献3(中国发明专利申请号201310232444.3)公开了一种用于中子屏蔽的四元交联水凝胶及其制备方法和应用。该水凝胶包含四种交联体系,由海藻酸钠、丙烯酸钆、丙烯酰胺、硫酸钙、四甲基乙二胺、n-亚甲基双丙烯酰胺、光引发剂和去离子水混合后,在室温下通过紫外光致交联的方法制备。该水凝胶制备工艺简单,成本低廉,且该含水量高,无毒副作用。

上述公知文献介绍四元混合物液体电解质、凝胶聚合物电解质及四元交联水凝胶的制备及应用，未见包含无水硫酸钠、无水碳酸钠及无水碳酸钾及聚丙烯酸钠等物质成分的四元凝胶聚合物电解液制备方法及其应用于氢燃料电池。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开了一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用。

本发明的技术方案是：一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用，其步骤如下：1、将1#电解质和蒸馏水混合溶解成1#导电溶液；2、向1#导电溶液中加入2#电解质形成2#导电溶液；3、向2#导电溶液中加入3#电解质形成3#导电溶液；4、向3#导电溶液中加入作为载体的电解质形成四元电解质凝胶电解液；5、将所制备的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池，进行充放电测试，具有平稳的放电电位曲线。所述的四元电解质包括导1#电解质、2#电解质、3#电解质和作为载体的电解质，1#电解质为无水硫酸钠，2#电解质为无水碳酸钾，3#电解质为无水碳酸钠，作为载体的电解质为聚丙烯酸钠，所述的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池。

进一步地，所述的步骤1的具体步骤为：所述的步骤1的具体步骤为：将1#电解质无水硫酸钠加入到蒸馏水中匀速搅拌5～10min，无水硫酸钠的质量范围为0＜c≤1.5％，温度控制在18～60℃，得到1#导电溶液。

进一步地，所述的步骤2的具体步骤为：在1#电解质完成溶解后，将2#电解质无水碳酸钾加入1#导电溶液中匀速搅拌5～10min，无水碳酸钾的质量范围为0＜c≤1.5％，温度控制在18～60℃，得到2#导电溶液。

进一步地，所述的步骤3的具体步骤为：在2#电解质完成溶解后，将3#电解质无水碳酸钠加入2#导电溶液中匀速搅拌5～10min，无水碳酸钠的质量范围为0＜c≤1.5％，温度控制在18～60℃，得到3#导电溶液。

进一步地，所述的步骤4的具体步骤为：在3#电解质完全溶解后，加入作为载体的电解质聚丙烯酸钠进行溶解；聚丙烯酸钠的质量浓度范围为：0＜c≤3％，温度：18～60℃，匀速搅拌30～60min得到四元电解质凝胶聚合物电解液。

进一步地，所述的步骤5的具体步骤为：将所制备的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池，进行充放电测试，有平稳的放电电位曲线，燃料电池平均放电时间为20～40分钟。

有益效果

本发明的一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用，配置成功的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池，具有实用、环保、安全等优点。本发明采用的无水硫酸钠、无水碳酸钾、无水碳酸钠、聚丙烯酸钠皆为食品级，可有效解决传统燃料电池中因采用磷酸、汞、naoh、koh等作为电解液成分而导致环境二次污染的问题。制备的四元电解质凝胶聚合物电解液最低工作温度为18℃，低于传统氢燃料电池电解质工作温度80～200℃。制备的电解液电导率数量级在10^-2s.cm^-1，高于传统燃料电池电解液电导率数量级10^-3s.cm^-1，提高了导电性能。

附图说明

图1为本发明的(paas-na2so4-k2co3-na2co3)四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法流程图。

图2为(paas-na2so4-k2co3-na2co3)四元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池的放电图谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用作详细说明。

如图1所示，一种四元电解质凝胶聚合物电解液的制备方法及其应用，其步骤如下：1、将1#电解质和蒸馏水混合溶解成1#导电溶液；2、向1#导电溶液中加入2#电解质形成2#导电溶液；3、向2#导电溶液中加入3#电解质形成3#导电溶液；4、向3#导电溶液中加入作为载体的电解质形成四元电解质凝胶电解液；5、将所制备的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于燃料电池，进行充放电测试，具有平稳的放电电位曲线。所述的四元电解质包括导1#电解质、2#电解质、3#电解质和作为载体的电解质，1#电解质为无水硫酸钠，2#电解质为无水碳酸钾，3#电解质为无水碳酸钠，作为载体的电解质为聚丙烯酸钠，所述的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池；所述的步骤1的具体步骤为：所述的步骤1的具体步骤为：将1#电解质无水硫酸钠加入到蒸馏水中匀速搅拌5～10min，无水硫酸钠的质量范围为0＜c≤1.5％，温度控制在18～60℃，得到1#导电溶液；所述的步骤2的具体步骤为：在1#电解质完成溶解后，将2#电解质无水碳酸钾加入1#导电溶液中匀速搅拌5～10min，无水碳酸钾的质量范围为0＜c≤1.5％，温度控制在18～60℃，得到2#导电溶液；所述的步骤3的具体步骤为：在2#电解质完成溶解后，将3#电解质无水碳酸钠加入2#导电溶液中匀速搅拌5～10min，无水碳酸钠的质量范围为0＜c≤1.5％，温度控制在18～60℃，得到3#导电溶液；所述的步骤4的具体步骤为：在3#电解质完全溶解后，加入作为载体的电解质聚丙烯酸钠进行溶解；聚丙烯酸钠的质量浓度范围为：0＜c≤3％，温度：18～60℃，匀速搅拌30～60min得到四元电解质凝胶聚合物电解液；所述的步骤5的具体步骤为：将所制备的四元电解质凝胶聚合物电解液应用于氢燃料电池，进行充放电测试，有平稳的放电电位曲线，燃料电池平均放电时间为20～40分钟。

实施例1

将15g无水硫酸钠与1l蒸馏水混合,并在温度60℃下搅拌3min得到1#导电溶液；继续将15g无水碳酸钾加入1#导电溶液中匀速搅拌3min，得到2#导电溶液；继续将15g无水碳酸钠加入2#导电溶液中匀速搅拌4min，得到3#导电溶液；继续向3#导电溶液中加入30g聚丙烯酸钠，继续搅拌30min，得到四元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为110.6ms.cm^-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池，进行充放电测试，燃料电池平均放电时间为40分钟。

实施例2

将10g无水硫酸钠与1l蒸馏水混合,并在温度40℃下搅拌3min得到1#导电溶液；继续将10g无水碳酸钾加入1#导电溶液中匀速搅拌3min，得到2#导电溶液；继续将10g无水碳酸钠加入2#导电溶液中匀速搅拌3min，得到3#导电溶液；继续向3#导电溶液中加入20g聚丙烯酸钠，继续搅拌45min，得到四元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为85.4ms.cm^-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池，进行充放电测试，燃料电池平均放电时间为36分钟。

实施例3

将5g无水硫酸钠与1l蒸馏水混合,并在温度40℃下搅拌3min得到1#导电溶液；继续将5g无水碳酸钾加入1#导电溶液中匀速搅拌3min，得到2#导电溶液；继续将5g无水碳酸钠加入2#导电溶液中匀速搅拌3min，得到3#导电溶液；继续向3#导电溶液中加入5g聚丙烯酸钠，继续搅拌60min，得到四元电解质凝胶聚合物电解液。测试其电导率为48.1ms.cm^-1。所制备的电解液应用于氢燃料电池，进行充放电测试，燃料电池平均放电时间为35分钟。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。