本發(fā)明屬于復(fù)合結(jié)構(gòu)，具體涉及一種蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高能量密度和超長循環(huán)壽命的儲能器件是智能可穿戴設(shè)備、電動(dòng)汽車和無人機(jī)的快速發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)器，也是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要支撐。相較于傳統(tǒng)有機(jī)電解質(zhì)較低的離子電導(dǎo)率、易揮發(fā)以及較差的阻燃性等缺陷，聚合物水凝膠電解質(zhì)具有類似組織的、粘彈性、柔韌的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，可以在各種機(jī)械變形下保持結(jié)構(gòu)完整性，并且展現(xiàn)出一定的電化學(xué)優(yōu)勢，可以避免液體電解質(zhì)存在的揮發(fā)、滲漏等問題。聚乙烯醇(pva)基水凝膠電解質(zhì)具有無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、ph值適用性廣、成本低等優(yōu)點(diǎn)，其含水聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以溶解離子，通過聚合物鏈上的帶電官能團(tuán)可以有效地吸引大量電解離子并將其固定在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，從而使得聚兩性離子在同一大分子鏈上同時(shí)帶陽離子和陰離子。然而，pva側(cè)鏈上的羥基能吸引一定量的水分子，但長碳鏈和親水側(cè)鏈集團(tuán)的數(shù)量不足，聚合物與水分子之間的相互作用較弱，導(dǎo)致較低的離子電導(dǎo)率和較差的保水性能，不利于長期穩(wěn)定性，這嚴(yán)重地限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，需要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料復(fù)合來構(gòu)筑具有良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的電導(dǎo)率和穩(wěn)定的安全性能的pva聚合物凝膠電解質(zhì)。

2、近年來，開發(fā)基于復(fù)合材料的先進(jìn)輕量化結(jié)構(gòu)與高性能能源存儲系統(tǒng)已成為各國競相研究的重點(diǎn)。隨著現(xiàn)代裝備對儲能設(shè)備也提出了輕量化、集成化、多功能化的技術(shù)需求，將儲能系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)部件融合，讓儲能與承載集成的新理念受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的推崇。連續(xù)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(cfrp)，具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度、耐腐蝕等優(yōu)勢，是理想的輕量化結(jié)構(gòu)材料，在航空航天等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。而且，由于碳纖維優(yōu)良的導(dǎo)電性、優(yōu)異的力學(xué)性能，cfrp也為先進(jìn)儲能系統(tǒng)的開發(fā)提供了新的可能。已有研究人員將碳纖維作為電極材料，通過傳統(tǒng)儲能器件與輕質(zhì)高強(qiáng)的cfrp結(jié)合，開發(fā)了承載儲能一體化復(fù)合結(jié)構(gòu)等。這些承載儲能一體化結(jié)構(gòu)，有望滿足現(xiàn)代裝備對高效儲能與輕量化結(jié)構(gòu)的雙重需求，從而可減輕系統(tǒng)體積或質(zhì)量，提高集成化程度和系統(tǒng)效率，受到了研究者的廣泛重視。然而，如何進(jìn)一步提升承載儲能一體化復(fù)合結(jié)構(gòu)的承載能力與儲能能力成為急需攻克的技術(shù)瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決水凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率低與復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能差的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟：

4、s1、將鉬酸銨和硫脲混合制成透明溶液，再加入表面活性劑和尿素，經(jīng)攪拌制得前驅(qū)體溶液；

5、s2、采用水熱法，利用高溫高壓條件將前驅(qū)體溶液制備成由納米片堆疊而成的mos2納米花；

6、s3、通過調(diào)控pva和koh的比例，添加mos2納米花合成納米改性水凝膠電解質(zhì)；

7、s4、將納米改性水凝膠電解質(zhì)澆筑在pva蜂窩夾層支架中，與上下兩層的碳纖維電極材料復(fù)合得到蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選地，鉬酸銨和硫脲的摩爾比為1:10、1:20、1:30。

9、優(yōu)選地，表面活性劑與鉬酸銨的摩爾比為1:1、1:2、1:4。

10、優(yōu)選地，采用水熱法，利用高溫高壓條件將前驅(qū)體溶液制備成由納米片堆疊而成的mos2納米花具體為：

11、將前驅(qū)體溶液由室溫下以1.0～2.0℃min-1的升溫速率加熱，至120℃時(shí)保溫2～3h；以1.0～2.0℃min-1的升溫速率加熱到220℃，且保溫4～8h；再以0.5℃min-1的速率降溫到室溫；沉淀分離，洗滌和真空干燥后得到由納米片堆疊而成的mos2納米花。

12、優(yōu)選地，合成納米改性水凝膠電解質(zhì)具體為：

13、將koh溶液緩慢加入濃度為10wt％的pva溶液中，連續(xù)攬拌后超聲脫泡，形成pva-koh溶液；

14、將mos2納米花分批次緩慢加入pva-koh溶液中，連續(xù)攬拌后超聲形成納米改性水凝膠電解質(zhì)。

15、優(yōu)選地，攪拌溫度為88～92℃，攬拌時(shí)間為1～3h。

16、優(yōu)選地，水凝膠電解質(zhì)中mos2納米花的含量為5～25wt％。

17、優(yōu)選地，澆筑完成后，在40～80℃真空干燥24～72h。

18、優(yōu)選地，碳纖維電極材料制備過程如下：

19、通過靜電噴霧方式將環(huán)氧樹脂均勻涂敷于碳纖維表面，將銅箔黏敷在兩層碳纖維的中間，在40～80℃下真空干燥24～72h固化，形成碳纖維電極材料。

20、本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，一種蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)，包含蜂窩狀支架，蜂窩狀支架的孔洞內(nèi)填充有納米改性水凝膠電解質(zhì)，蜂窩狀支架的兩側(cè)設(shè)置碳纖維電極材料作為夾層結(jié)構(gòu)面板。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

22、一種蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)制備方法，首先采用水熱反應(yīng)，利用高溫高壓條件，制備出由納米片堆疊而成的mos2納米花；之后通過調(diào)控pva和koh的比例，合成具有優(yōu)異電導(dǎo)率和穩(wěn)定安全性能的水凝膠溶液；最后將其澆筑在pva蜂窩夾層支架中，與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與碳纖維電極材料進(jìn)行復(fù)合，制備出工藝簡單、操作安全、力學(xué)與儲能性能優(yōu)異的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

23、進(jìn)一步的，鉬酸銨和硫脲的摩爾比設(shè)置可使mos2納米花具有更高的比電容和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

24、進(jìn)一步的，表面活性劑與鉬酸銨的摩爾比設(shè)置有利于控制mos2樣品的表面形貌與晶粒尺寸，增強(qiáng)比表面積。

25、進(jìn)一步的，采用水熱法，利用高溫高壓條件制備mos2納米花，其操作簡單、成本低、反應(yīng)溫度低、效率高和結(jié)晶度高。

26、進(jìn)一步的，水凝膠電解質(zhì)具有優(yōu)異的柔韌性和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，避免液體電解質(zhì)存在的揮發(fā)、滲漏等問題。mos2納米花可進(jìn)一步促進(jìn)離子的解離和運(yùn)動(dòng)，使得電解質(zhì)具有優(yōu)異的電導(dǎo)率和穩(wěn)定的安全性能。

27、進(jìn)一步的，mos2納米花的含量設(shè)置有利于與水凝膠構(gòu)建多重網(wǎng)絡(luò)，改善水凝膠機(jī)械性能的同時(shí)增強(qiáng)離子傳輸能力。

28、進(jìn)一步的，碳纖維電極材料的力學(xué)性能優(yōu)異，同時(shí)兼具良好的導(dǎo)電特性，可用于存儲和釋放電能，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的承載和儲/放電一體化，從而達(dá)到材料多功能化和結(jié)構(gòu)輕量化。

29、一種蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)，通過對水凝膠凝膠電解質(zhì)進(jìn)行mos2納米花改性，并將其與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)和碳纖維電極材料進(jìn)行復(fù)合制備，所得到的蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)，可表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的離子電導(dǎo)率、穩(wěn)定的安全性能和一定的續(xù)航壽命，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

30、綜上所述，本發(fā)明蜂窩夾層承載儲能結(jié)構(gòu)兼具優(yōu)異的承載與儲能雙功能特性，從而可減輕系統(tǒng)體積或質(zhì)量，提高集成化程度和系統(tǒng)效率。所使用的納米改性水凝膠電解質(zhì)具有化學(xué)穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。相較于液體電解質(zhì)，不易揮發(fā)與滲漏，安全性更高。相較于傳統(tǒng)有機(jī)電解質(zhì)，可表現(xiàn)出優(yōu)良的離子電導(dǎo)率，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的充放電。所使用的蜂窩狀支架與碳纖維電極可在壓縮、彎曲、沖擊中表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，可大幅提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

31、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。