上海尚德实验学校，上海市浦东新区秀沿路1688号，201315
中图分类号 TM912 文献标识码 A
摘要：PVA-KOH体系凝胶电解质不易被降解，容易对环境造成负担。本文以海带为基体，通过化学处理，制备了kelp-KOH半固态电解质，具有可降解性。同时，将该电解质应用于柔性锌锰电池，其平均放电电压在1.3 V以上，放电时间可达32.8 h。
关键词：海带，电解质，可降解，柔性锌锰电池
1. 引言
未来的电子器件正朝着柔性可穿戴化方向发展。各种新颖的柔性电子器件应运而生，吸引了民众以及众多公司的目光。目前，已有一些公司推出了柔性屏幕，柔性键盘，可穿戴式的体检器等一系列柔性电子产品[1]。为了真正实现柔性器件这一概念，柔性器件的储能供能单元（电池）也必须具有柔性，这是至关重要的[2]。目前研究发展的柔性电池大多是基于聚乙烯醇（PVA）-KOH凝胶电解质体系[2,3]。考虑到消费类电子产品所使用的电池寿命相对较短、更换频率高、产品较为分散，因此回收相对困难，使用后废弃的电池较多，PVA-KOH电解质难以降解，容易对环境造成严重负担。因此，需要设计一种可降解的柔性半固态电解质。
海带是常见的海藻类食物，其体态柔软，形状特殊，又富含水分，经过处理可以作为电解质和隔膜，能够满足储能器件柔性需要，又可降解。
本文将海带作为基体制备了kelp-KOH电解质，可被降解，减少环境压力，同时组装了柔性锌锰电池，具有良好的电池性能，平均放电电压在1.3 V以上，放电时间可达32.8 h。
2. 实验结果与讨论
2.1. 海带电解质的制备
首先，用天平称量17.68 g氢氧化钾（KOH，上海麦克林生化科技有限公司），加入二次去离子水中，配成50 mL，6 mol/L的KOH溶液。然后，将干海带（如图1所示）裁剪成一定尺寸的小块，放入配好的KOH溶液中发泡0.5、1和4 h，记为kelp-KOH-0.5, kelp-KOH-1，kelp-KOH-4。
图4，kelp-KOH-0.5, kelp-KOH-1，kelp-KOH-4作为电解质和隔膜的2×2 cm2柔性锌锰电池1 mA恒电流放电曲线
3. 结论与展望
本文研究了不同发泡时间对海带电解质制备的影响，结果表明，发泡时间过短不能使干海带完全发胀，吸收浸泡液中的KOH；发泡时间过长，会破坏海带结构，导致海带无法维持强度；发泡时间以1 h为宜，既能维持强度保持形状，又能吸收KOH作为电解液。同时对不同发泡时间的海带电解质做了柔性锌锰电池的放电测试，其结果也表明，发泡时间1 h的海带电解质性能最优，能够持续放电32.8 h，平均放电电压在1.3 V以上。
参考文献
[1] Y. Li, H. Dai, Recent advances in zinc-air batteries, Chemical Society Reviews, 43 (2014) 5257-5275.
[2] X. Chen, B. Liu, C. Zhong, Z. Liu, J. Liu, L. Ma, Y. Deng, X. Han, T. Wu, W. Hu, J. Lu, Ultrathin Co3O4 Layers with Large Contact Area on Carbon Fibers as High-Performance Electrode for Flexible Zinc-Air Battery Integrated with Flexible Display, Advanced Energy Materials, 7 (2017) 1700779.
[3] Y. Xu, Y. Zhang, Z. Guo, J. Ren, Y. Wang, H. Peng, Flexible, Stretchable, and Rechargeable Fiber-Shaped Zinc-Air Battery Based on Cross-Stacked Carbon Nanotube Sheets, Angewandte Chemie - International Edition, 54 (2015) 15390-15394.
作者简介：王书阳，研究兴趣：化学与能源；
鲍若凡，中学一级教师。研究方向：科技创新与教学融合、课堂渗透心理学、信息技术与教学融合。
论文作者:王书阳 鲍若凡
论文发表刊物:《科技新时代》2018年9期
论文发表时间:2018/11/16
标签：电解质论文; 柔性论文; 海带论文; 电池论文; 时间论文; 基体论文; 可降解论文; 《科技新时代》2018年9期论文;