凝胶电解质添加剂对锌电池储能特性的影响研究的详细信息

第1章绪论1.1引言随着传统化石能源的日益枯竭和相关的环境问题，对可再生能源的需求变得越来越迫切。加快可再生能源的勘探和部署可以缓解灾难性的气候变化，有利于可持续发展REF_Ref25941\r\h[1]。然而，由于太阳和季节变化，太阳能和风能等可再生能源是间歇性的REF_Ref26304\r\h[2]。因此，有必要储存绿色能源以供广泛应用。锌离子电池（Zinc-ionbatteries,ZIBs）作为一种新兴的水系电池体系，因其良好的环境友好性、本征安全性、丰富的资源储备以及优异的电化学性能，受到广泛关注。锌离子电池是一种利用锌（Zn）作为电极材料的电池。它在对环境友好和成本效益的需求日益增加的情况下，被视为一种潜力巨大的替代品REF_Ref26415\r\h[3]。与传统的锂离子电池相比，锌离子电池具有更高的体积能量密度和更低的制造成本，特别适用于大规模储能和可穿戴设备等领域。锌离子电池作为一种潜在的电池技术，具有成本低、环保、安全性高等优势，但目前面临着能量密度、循环寿命等技术瓶颈。其作为一种新型的二次电池系统，因其高安全性、低成本以及丰富的资源，成为了能量存储技术领域的研究热点，在大规模储能等领域具有广阔的应用前景REF_Ref26497\r\h[4]。然而，目前水系锌离子电池仍面临一系列挑战，如在锌离子在负极沉积时容易产生枝晶，引起电池短路，甚至会导致热失控的发生、锌金属在水溶液中易发生副反应，如析氢、腐蚀和钝化等REF_Ref26631\r\h[5]。这些问题严重影响了其循环寿命和实际应用性能。为了解决这些问题，电解质的研究方向从传统液态电解质转向凝胶态和准固态电解质，并且凝胶电解质结合了液态电解质的高离子导电性和固态电解质的机械强度，在抑制枝晶生长、防止电解液泄漏、提升电池安全性等方面具有明显优势，并在此基础上通过添加适当的添加剂来改善其性能。因此，找到可行的策略来设计低成本、耐锌枝晶和高安全性的水系锌离子电池具有重要意义。1.2水系锌离子电池简介1.2.1水系锌离子电池的概述水系锌离子电池是一种二次电池体系，其基本结构包括正极、负极、水系电解质及隔膜。典型的水系锌离子电池采用金属锌为负极，过渡金属氧化物（如MnO2、V2O5等）或普鲁士蓝类化合物为正极材料，以水溶液或凝胶为电解质REF_Ref26673\r\h与传统锂离子电池相比，水系锌离子电池展现出一系列独特优势：例如锌金属理论容量高，且在水溶液中具备较低的氧化还原电位，可与多种正极材料形成稳定电对；水作为溶剂具有高介电常数、良好的离子迁移能力及不可燃特性，使得整体体系安全性高、制造成本低REF_Ref26706\r\h[7]；并且锌资源储量丰富、分布广泛，更具可持续性，适用于大规模储能、低温供电与柔性电子设备等多种场景。1.2.2水系锌离子电池的工作原理水系锌离子电池的工作原理类似于传统可充电电池，其充放电过程伴随着锌离子在正、负极之间的可逆嵌入、脱嵌行为。以二氧化锰正极为例，在其放电时，锌片为负极，锌离子从锌负极释放，经电解质迁移至正极并嵌入二氧化锰晶格中，形成如ZnxMnO2的中间产物，而锌转变成锌离子化合价升高，将失去电子，其失去的电子从外电路由锌负极流向正极；其充电时，锌离子再从正极脱出还原为锌金属，正极所失去的电子则会经过外电路流向负极REF_Ref26781\r\h[8]。因此可把锌离子电池形象地比喻成“摇椅电池”,锌离子在摇椅的两端,即电池的正负极来回奔跑REF_Ref26813\r\h[9]。该反应过程可简化表示如下：正极反应：Mn负极反应：Zn⇌总反应：Mn图SEQ图\*ARABIC1-1锌离子电池的电化学原理图REF_Ref26885\r\h[10]1.2.3水系锌离子电池的优势与常规锂离子电池使用有机溶剂电解液不同，水系锌电池采用水为电解质溶剂，不易燃不易爆，有效规避了因热失控、过度充电、过度放电等带来的安全隐患REF_Ref26947\r\h[11]。并且锌金属在常温下性质稳定，不会像锂一样与空气或水剧烈反应，因此即便电池受到机械损伤或刺穿，也不会发生严重热反应。其安全特性使其特别适合应用于可穿戴电子设备、电动自行车和储能电站等高安全场合。加之锌作为一种常见金属，其地壳丰富度远远高于锂与钴，并且锌金属在全球分布广泛、开采与冶炼工艺成熟，价格仅为锂的1/10左右REF_Ref26977\r\h[12]。不仅如此，锌的回收效率也较高，电极材料可通过电化学方法再生，这极大地降低了全生命周期成本，使得水系锌离子电池在大规模储能场景中具有了经济优势。并且金属锌的理论比容量是传统石墨负极的2倍以上，且其还原电位与多种氧化物正极（如MnO2、V2O5等）组成水系电池时能提供1.2–1.8V的工作电压REF_Ref27016\r\h[13]。同时，锌离子具有较小的水合半径（≈0.43nm），因此其在电解液中迁移迅速，有利于实现高倍率放电和快速充电。相比含有有机电解液的传统电池，水系锌电池在使用与回收过程中不会产生有毒气体或有机污染物，制备过程中无需使用易挥发的溶剂或复杂的涂布烘干工艺，大大降低了环境负担REF_Ref27107\r\h[14]。此外，其原材料来源可再生，在制造的过程中碳排放量小，符合当前“双碳”战略下的绿色发展方向。1.2.4水系锌离子电池目前所面临的挑战水系锌离子电池目前所面临的挑战主要有以下几个方面，分别是：锌负极枝晶生长、副反应、电解质是否稳定以及适配、正极材料方面和电极电解质界面性质。并且当前的水系锌离子电池多采用二氧化锰、五氧化二钒、普鲁士蓝等化合物作为正极材料，而这些材料在充放电过程中容易发生结构畸变、离子脱嵌不完全等问题。锌负极在反复充放电过程中容易出现枝晶生长，即锌离子在电极表面非均匀沉积，从而形成树枝状结构。这些形如树枝状的枝晶可能穿透隔膜引发电池短路以及安全问题REF_Ref27156\r\h[15]。除此之外，在弱酸性或中性电解质中，锌与水反应容易产生氢气，我们将之称为副反应，其方程式为：Zn+2H2该反应不仅会消耗活性锌，其产生的氢气会使电池内部气压升高、电解质pH值变化，从而导致电池容量降低REF_Ref27225\r\h[16]。并且水系电解质的电化学稳定窗口比较狭窄，限制了锌离子电池的高电压输出。1.3水系锌离子电池的结构水系锌离子电池由正极、负极、电解质及其他辅助组件（如弹片、垫片、电池壳体）构成。其中，正负极材料与电解质的相互作用对电池的储能效率、循环稳定性及安全性起着决定性的作用。下面本文将分别介绍其主要组成部分。1.3.1正极材料水系锌离子电池在水系锌离子电池中，正极材料主要承担Zn²⁺的可逆脱嵌过程。理想的正极应具有良好的离子扩散通道、稳定的晶体结构和较高的比容量。目前常用的正极材料主要包括锰基氧化物（如α-MnO2、δ-MnO2）、钒基化合物（如V2O5、水合钒氧化物）及普鲁士蓝类化合物（如ZnHCF）REF_Ref11154\r\h[17]。而在这些化合物当中，MnO2因其成本低廉、电化学活性良好、环境友好等优点，在水系电池中应用广泛。1.3.2负极材料水系锌离子电池负极的实际应用仍处于起步阶段，现大多使用的是纯锌片或者锌箔，并且金属锌储量丰富且经济效益高，稳定且无毒，这使锌离子电池被广泛使用。在水系锌离子电池工作过程中，负极/电解液界面发生的反应起着重要作用。1.3.2水系凝胶电解质凝胶电解质是连接正负极离子传输的核心通道，其性能会直接影响电池的导电性、离子迁移率及界面稳定性。与传统液态电解质相比，凝胶型电解质结合了液态的高离子电导率和固态的机械稳定性，不易发生漏液，适合用于柔性或可穿戴设备。目前常用的水凝胶电解质多基于天然高分子（如明胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素）或合成高分子（如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺）。在这其中明胶因其生物可降解性、良好的成膜性与柔韧性，成为优良的凝胶电解质候选材料之一。通过引入交联剂（如戊二醛、戊二醇）或无机填料（如纳米SiO2、石墨烯）对其进行功能化改性，可显著提升其机械强度和锌离子迁移数，从而增强电解质的综合性能REF_Ref14488\r\h[18]。PVA是一种水溶性高分子材料，具有良好的成膜性、柔韧性及生物相容性。在水系锌离子电池中，PVA作为凝胶基体具有极佳的机械支撑性能，且可通过与无机离子或交联剂（如硼酸、戊二醛）形成稳定的三维网络结构，从而提升凝胶的结构稳定性REF_Ref21468\r\h[19]。更重要的是，PVA分子链中丰富的羟基（–OH）可与锌离子或其他电解质组分形成氢键或螯合作用，有利于形成连续的离子传输路径，提高离子电导率与锌离子迁移数，有助于实现更高的比容量和更稳定的循环性能REF_Ref21507\r\h[20]。此外，PVA凝胶还表现出较好的电化学窗口，能够在一定程度上抑制Zn负极枝晶的形成，有效延长电池寿命。在实际应用中常将PVA与天然高分子如明胶进行复合，这样既兼顾了天然材料的环境友好性，又增强了整体凝胶的离子迁移性能和机械强度。例如，明胶-PVA复合电解质不仅提高了水凝胶的成膜质量，还显著提升了电池的比容量及倍率性能，表明其在高性能水系锌电池中的应用前景广阔REF_Ref21576\r\h[21]。1.4本课题研究的目的、意义及研究内容1.4.1研究目的及意义为解决电解液易漏液、锌负极枝晶生长、阴极材料结构稳定性不足及界面副反应等问题，近年来兴起了准固态凝胶电解质体系的研究热潮。凝胶电解质结合了液态电解质的高离子导电性和固态电解质的优异机械强度及形态稳定性，成为提升电池安全性和循环性能的有效手段。本文选用具有良好生物相容性、可再生性和成膜性的明胶作为基体，通过功能化复合策略即与PVA共混来构建柔性凝胶网络，在提升力学性能的同时，调控电解质内部微结构和离子迁移通道。本课题的研究目的如下：1、合成具有良好力学性能和离子传导性能的明胶基柔性准固态电解质材料，并通过添加不同有机/无机组分调控其结构和性能，增大其容量；2.、构建准固态水系锌离子电池原型器件，系统研究所制电解质对锌离子迁移行为、电极界面稳定性及储能性能的影响；3、探讨电解质组成与电化学性能之间的关联机制，为后续准固态电解质的结构优化和器件开发提供理论基础和实验依据。本研究在保持高离子导电性的前提下，系统探讨不同添加剂对凝胶网络微结构与输运行为的影响机制，为其他类型准固态电解质（如锂离子、钠离子等）的设计提供参考。并且本课题涉及材料合成、电池组装、性能测试与结构表征等多个环节，对科研训练具有重要意义，可有效锻炼独立思考与实验设计能力，为后续深造或从事科研工作打下良好基础。1.4.2研究内容本文以明胶功能化柔性准固态电解质材料为研究对象，通过溶液法合成及调整电解液配方，通过制作准固态锌离子电池，使用电化学工作站以及电池测试系统探究其锌离子输运性能，旨在研究明胶基电解质对锌离子电池的影响，期望做出容量较大的锌离子电池。研究的主要内容为：1、明胶基凝胶电解质材料的制备与表征以1mol/LZnSO4+0.1mol/LMnSO4的混合热溶液为前驱体，在液相将明胶均匀混合，采用溶胶-凝胶法进行物理交联制备明胶基凝胶材料，再将材料移入硅胶模具后进行冷冻，裁剪后得到凝胶电解质，并通过扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析测试手段对合成材料进行表征。2、准固态锌离子电池的组装：分别以明胶水凝胶电解质、明胶水凝胶电解质+PVA作为电解质，并以α-MnO2作为正极材料，组装得到扣式电池。并对其进行电化学性能测试，如循环性能测试及阻抗测试。本课题通过开发绿色、无毒、环境友好的凝胶电解质体系，改善电池在高电流密度下的稳定性，有助于解决液态体系存在的漏液、短路和副反应等安全隐患，为水系锌离子电池的规模化应用提供材料保障。

第2章实验部分2.1实验试剂及仪器设备2.1.1实验试剂本次实验所需药品如下表2-1所示。表2-1主要实验试剂试剂名称试剂规格生产厂家去离子水——实验室自制无水乙醇AR成都市科隆化学品有限公司高纯锌箔电池级新业电子材料有限公司聚乙烯醇AR成都市科隆化学品有限公司明胶BR成都市科隆化学品有限公司硫酸锌，七水AR成都市科隆化学品有限公司硫酸锰，一水AR成都市科隆化学品有限公司2.1.2实验仪器本次实验所需仪器如下表2-2所示。表2-2主要实验仪器仪器名称仪器规格生产厂家电子天平BSM120.4上海市卓精电子科技有限公司磁力搅拌器CJJ79-1金坛市城东新瑞仪器厂磁力加热搅拌器DF-101S江苏金怡仪器科技有限公司电热鼓风干燥箱JC101上海成顺仪器仪表有限公司高性能电池检测仪NEWARE深圳市新威尔电子有限公司电化学工作站CHI760C上海辰华仪器有限公司液压封装机MSK-110深圳市科晶智达科技有限公司超声波清洗仪PS-40超艺科达技术有限公司台式高速离心机TG16-WS湖南湘仪实验室仪器开发有限公司2.2实验步骤2.2.1水系锌离子电池正极材料的制备1、α-MnO采用水热法制备α-MnO待高压釜自然冷却至室温后，用去离子水将反应物冲洗入离心管，得到棕黑色絮状沉淀。之后，以5000r/min的转速离心5min后倒去上清液，并用去离子水超声30s，重复洗涤3至4次后将沉淀移入培养皿。将培养皿放入80℃烘箱中干燥3天，得到黑色α-MnO2、正极片的制备称取0.14g烘干的α-MnO用去离子水将玻璃板擦拭干净后再用实验室的小铲子将玻璃板上的附着物铲掉，使玻璃板变得光滑平整后平铺上裁剪好的大小合适的碳布，使其与玻璃板完全贴合。将刮刀置于碳纸边缘，迅速将研磨好的浆料转移到碳布上，用刮刀100mm的一侧匀速移动进行涂布，使浆料均匀涂覆在碳布之上。之后将其放入烘箱，将烘箱温度设置为60℃，在60℃下将其干燥12h。干燥后使用切片机将其和空白碳布分别裁片（15mm）后，使用电子天平进行称量，计算并记录其活性物质的质量。2.2.2水系锌离子电池负极材料的制备使用切片机将高纯锌箔切成适配的扣式电池规格（15mm），剪裁大小合适的磨砂纸将锌箔表面氧化层打磨，露出纯净的锌之后用无水乙醇清洗，烘干备用。2.2.3水系锌离子电池凝胶电解质的制备1、明胶基凝胶电解质采用溶胶-凝胶法制备明胶基水凝胶电解质。分别称取17.2548gZnSO4·7H2O和1.0141gMnSO4·H2O固体置于250ml烧杯，加入60ml去离子水，充分搅拌至透明溶液，配置得到1MZnSO4+0.1MMnSO4溶液。在溶液中加入PVA(4%、6%、8%、10%)。将混合液在90℃油浴下加热并搅拌直至PVA融化后将油浴锅温度调低至60℃，加入6g明胶，充分搅拌直到明胶完全融化。明胶融化后快速将8ml该溶液转移到聚四氟乙烯模具上，在室温下静置2h形成明胶水凝膜，将脱模后得到的较为完整的方片状明胶水凝膜置于溶液中浸泡48h，即可得到明胶水凝胶电解质。用切片机将其切割为19mm直径的圆片，即得水凝胶电解质。剩余混合溶液留存备用。实验流程如图2-1所示。图2-1制备明胶基凝胶电解质流程示意图2、浸泡液称取71.895gZnSO4·7H2O和1.6902gMnSO4·H2O固体置于250ml烧杯后加入100ml去离子水，充分搅拌至透明溶液，配置得到2.5MZnSO4+0.1MMnSO4溶液即浸泡液，并将浸泡液倒入培养皿中贴好标签用保鲜膜封口后留存备用。2.2.4组装水系锌离子电池组装电池步骤：1、裁片：裁6片空白碳布并称其质量，算出平均质量。裁下需要组装电池量的正极片并称其质量，并由此计算出活性物质的质量：活性物质的质量=正极片质量-空白碳布的平均质量。2、裁水凝胶电解质：将浸泡48h后的水凝膜用无尘纸将水分吸干，裁下需要组装电池量的水凝胶电解质。在裁剪过程中注意避开有气泡的部位并保持水凝膜片的平整度。3、组装电池：锌空气电池的组装步骤大致为：正极壳→正极片→水凝胶电解质→锌片→垫片→弹片→负极壳。组装好后，在5Mpa左右的压力下保持5s，将的扣式半电池静置8h以确保电解液与电极材料的充分接触，而后进行电化学性能测试与研究。图2-2电池组装顺序图和实物图2.3材料结构表征2.3.1扫描电镜（SEM）扫描电子电镜（SEM）是一种使用电子束扫描样品表面以实现高倍率成像的设备。它利用发射电子束来扫描样品表面，通过多种相互作用获得样品的形态、成分及晶体结构等信息。它是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。其原理是是利用聚焦的很窄的高能电子束扫描样品表面，通过电子与样品原子相互作用所产生的各种信号，诸如二次电子、背散射电子等。通过收集器和影像放大镜对这些信息进行收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。2.3.2傅里叶变换红外光谱（FTIR）傅里叶红外光谱仪又被人们称之为三代红外光谱仪，它能够利用迈克尔逊干涉仪将两束不同的光层差按照一定的速度发生变化的复色红外光之间相互干涉，从而形成较为明显的干涉光，然后再跟样品之间相互作用。它的工作原理是利用傅里叶变换原理来测量物质对红外光的吸收。在测试过程中，样品的物质分子中的各种不同基团在有选择地吸收不同频率的红外辐射后，会发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。红外光谱可以提供分子结构信息，如化学键、官能团等。从傅里叶红外光谱仪将得到的干涉信号传送到计算机信息处理之中，从中导出的便是光谱图。2.3.3凝胶的失水速率在冷冻干燥过程中，水凝胶电解质的质量会发生变化，这是由于其中的水分被去除。然而，具体的重量变化程度可能会受到多种因素的影响，包括水凝胶的初始水分含量、温度、压力和时间以及水凝胶的化学组成和结构。将水凝胶电解质表面的用吸水纸擦干后对其质量进行了测量，放置于常温下干燥8h。其中每隔1h记录一次数据，用于绘制曲线以便更直观的看出其失水速率。2.3.4凝胶收缩速率干燥后，凝胶电解质失水，表面的结构及内部的孔隙结构会发生变化，这可能会对其直径产生影响。具体的直径变化取决于多种因素，包括凝胶电解质的原始组成、温度、压力和时间以及后续的处理步骤。本文水凝胶电解质表面的用吸水纸擦干后对其的直径使用游标卡尺进行测量，并放置于常温下干燥8h。其中每隔1h记录一次数据，用于绘制曲线以便更直观的看出其收缩速率2.4电化学性能测试2.4.1循环性能测试（GCD）循环性能测试是评估电池长期使用性能的关键实验方法。该测试通过模拟电池在实际应用中的充放电过程，记录电池容量、内阻、电压等参数随时间的变化情况。循环性能测试通常包括多次充放电循环，以评估电池的衰减速率和寿命。通过循环性能测试，研究人员可以优化电池材料、设计和制造工艺，提高电池的能量密度、功率密度和循环稳定性，为电池的商业应用提供科学依据。本实验测试步骤为：在测试机器上遵循红正黑负的原则夹好电池，在机器对应的电脑上设置电流密度为0.1A/g，设置恒流充放电测试最低电压为0.8V最高电压为2.3V，充放电循环2000圈。2.4.2电化学阻抗（EIS）首先将电池夹好，多次扫描电池的电压，设置相关参数，倍率为0.05、0.1、0.2、0.5、1、2最后再回到0.05，最高频率设置为105，将电池进行阻抗的测试。本文主要绘制的是奈奎斯特图。它的优点在于它能够快速概览数据，并有助于进行一些定性解释。需要注意的是在奈奎斯特图中，x轴必须等于y轴（即等距轴），以免扭曲曲线的形状。其原因是曲线的形状对于定性解释数据至关重要。

第3章结果与讨论3.1样品表征分析明胶是一种由动物皮肤和骨骼中的胶原蛋白经不可逆水解所得的大分子亲水胶体，其主要成分为蛋白质，外观呈浅黄色透明状，具有无色无味、可食用等特性。作为一种天然高分子材料，明胶常被广泛应用于食品、医药以及化妆品中，主要作为胶凝剂、稳定剂或赋形剂使用。由于其良好的成膜性、可生物降解性和生物相容性，明胶近年来也逐渐被引入到能源材料领域，尤其是在凝胶电解质的研究中展现出较大潜力。明胶对硫酸根离子有较高的容忍度，因此明胶能够在加热搅拌过程中溶解在一定浓度的ZnSO4和MnSO4的混合溶液中形成均匀的明胶-锌锰盐复合体系。该体系在冷却过程中可发生物理交联作用并形成凝胶，从而获得具有一定机械强度与稳定结构的准固态凝胶电解质。此外，该体系的相变特性表现出良好的可逆性：在60 °C左右呈现流动性较好的溶液状态，而在冷却至室温后则转变为透明、结构固定的凝胶状态，兼具良好的成型性与柔韧性。本文所制备的明胶电解质正是基于此特性进行设计与应用，其热响应型溶胶-凝胶转变行为和较强的离子环境适应性，为实现柔性水系锌离子电池的稳定运行提供了有力支撑。3.1.1傅里叶红外光谱分析（FTIR）明胶电解质红外吸收光谱图改性后的电解质红外吸收光谱图(c)明胶的结构式图3-1材料的红外吸收光谱图和结构式图3-1（a）是物理交联的明胶水凝胶材料的红外吸收光谱图。图3-1（b）是改性后（添加了PVA）的电解质红外吸收光谱图。图像显示，纯明胶在1628.83cm-1和1454.35cm-1处分别表现出典型的–C=O（酰胺I）和N–H（酰胺II）吸收峰，而在改性后的曲线上，这些特征峰均出现轻微红移，表明明胶和PVA之间发生了氢键作用，增强了分子间的作用力，提高了凝胶网络的稳定性。这种氢键构建的三维网络结构是增强凝胶力学性能、减少水分流失的关键。明胶水凝胶材料的结构式如图3-1（c）所示。明胶的极性官能团有利于离子在电解质中的移动，使明胶基凝胶电解质有较高的离子电导率。3.1.2扫描电镜分析（SEM）图3-2展示了明胶电解质与明胶/PVA复合凝胶电解质在干燥状态下的表面扫描电子显微镜（SEM）图像。其中，图3-2（a）与图3-2（b）为明胶水凝胶材料在不同倍数下的图像，图3-2（c）与图3-2（d）则为改性过后的明胶/PVA复合凝胶材料在不同倍数下的图像。从图像中可以清晰观察到，纯明胶电解质的微观结构较为致密，孔隙结构不明显，这在一定程度上限制了电解质中锌离子的扩散通道，不利于其快速迁移，从而影响电池整体的电化学性能。相比之下，在引入聚乙烯醇（PVA）改性后，明胶/PVA复合凝胶电解质呈现出明显的多孔互穿网络结构。这种结构特征有利于电解质吸附电解液并提升其整体的离子迁移能力。多孔通道的存在显著增强了Zn²⁺的扩散效率，同时提高了电解质的界面润湿性和离子导电性，为电池提供了更优的电化学性能基础。PVA的加入不仅改善了凝胶的力学强度，也有效调控了电解质内部的微结构分布，体现出其在凝胶改性中的积极作用。（a）纯明胶（b）纯明胶（c）明胶加PVA（d）明胶加PVA图3-2明胶基电解质材料的SEM图3.1.3凝胶的失水曲线分析由图3-3的失水曲线可以看出，随着PVA的添加，其曲线没有纯明胶的陡峭，并且逐渐变得平缓，固态凝胶电解质的失水速率有所下降，由此可以看出PVA的添加阻碍了水分的过度流失，这说明了添加PVA改性过后的复合电解质在干燥过程中水分保持能力增强，有助于维持其凝胶结构。结论本文以本实验首先通过理论研究查阅对比得出实验室材料里最适宜做水系锌离子电池的正负极以及电解质，设计出水系锌离子电池的凝胶电解质，然后通过实验研究电解质中仅添加明胶和既添加明胶又添加PVA对电解质的性能有什么影响，是否能提升其容量，通过制备以二氧化锰为正极材料、锌箔为负极材料的电池，配制100ml的1MZnSO4+0.1MMnSO4溶液并在其中添加6g明胶和不同比例的PVA经过常温冷却后得到固态的明胶基电解质。参考文献Guerra,O.J.;Zhang,J.;Eichman,J.;Denholm,P.;Kurtz,J.;Hodge,B.-M.TheValueofSeasonalEnergyStorageTechnologiesfortheIntegrationofWindandSolarPower.EnergyEnviron.Sci.2020,13,1909−1922.Wu,Y.;Chen,G.;Wu,X.;Li,L.;Yue,J.;Guan,Y.;Hou,J.;Shi,F.;Liang,J.ResearchProgressonVanadiumOxidesforPotassiumIonBatteries.J.Semicond2023,44,No.041701.Z.Yang,J.Zhang,M.C.Kintner-Meyer,X.Lu,D.Choi,J.P.LemmonandJ.Liu,Chem.Rev.,2011,111,3577–3613.Zhou,Y.,etal.(2018)."Recentprogressinzinc-ionbatteries:Materialsandapplications."MaterialsScienceandEngineering:R:Reports,129,1-32.戴宇航,甘志伟,阮雨杉,等.水系锌离子电池及关键材料研究进展[J].硅酸盐学报,2021,49(7):1323-1336.DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.20210161.ZhangN,ChengF,LiuY,etal.Rechargeableaqueouszinc-manganesedioxidebatterieswithhighenergyandpowerdensities\[J].Nat.Commun.,2017,8(1):405.XuC,LiB,DuH,etal.ChallengesandstrategiestowardsstableZnanodesforrechargeableaqueousZn-ionbatteries[J].MaterialsToday,2020,33:273–298.PanH,ShaoY,YanP,etal.Reversibleaqueouszinc/manganeseoxideenergystoragefromconversionreactions[J].NatureEnergy,2016,1(5):16039.陈丽能,晏梦雨,梅志文,等.水系锌离子电池的研究进展[J].无机材料学报,2017,32(3):225-234.DOI:10.15541/jim20160192.XUCJ,LIB,DUH,etal.Energeticzincionchemistry:therechargeablezincionbattery.Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,2012,51(4):933–935.XUCJ,LIB,DUH,etal.Energeticzincionchemistry:therechargeablezincionbattery.Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,2012,51(4):933–935.ParkerJF,ChervinCN,PalaIR,etal.Rechargeablenickel–3Dzincbatteries:Anenergy-dense,saferalternativetolithium-ion.Science,2017,356(6336):415–418.ZhangQ,LuanJ,TangY,etal.Designingadvancedaqueouszinc-ionbatteries:Recentprogressandfutureperspectives.Energy&EnvironmentalScience,