技术摘要：
本发明公开了一种湿度和压力双重响应的金属‑水电池及其制备方法。本发明首先提供了一种金属‑水电池用的湿度和压力双重响应的泡沫正极，将带有含氮官能团的半导体聚合物通过化学氧化聚合反应负载到泡沫上即得。该泡沫正极具有良好的多孔性，实现了多种功能如作为水分  全部
背景技术：
随着智能电子和传感器技术的迅猛发展，具有特殊功能的电化学储能器件在人类 的生产生活中变得日益重要。其中，智能刺激响应设备，尤其是具有感知多种环境变化的能 力的设备，在传感器、机器人和仿生设备等多重领域极具吸引力和应用潜力。人们已经在将 可压缩性、光热和光电效应或电致变色等功能引入到超级电容器或电池的研究领域中，取 得了一些重要进展。但是，这些器件大多受限于单一的刺激响应能力；此外，较低的能量密 度、复杂的制备过程和器件组装、液体电解质的泄漏和易燃性等缺点，仍是已报道电池体系 中存在的重要挑战。 近年来，基于简单置换反应的活泼金属-水电池(MWB)以其高比能量和低成本的特 点，被人们广泛应用在各个领域。MWB涉及金属负极的氧化反应和阴极的析氢还原反应。这 类电池可以利用空气中的水分子作为阴极材料，为无电解质的电池设计提供了可能。这一 特点不仅大大简化了器件的组装过程，也避免了电解质的安全问题，降低了成本。因此，MWB 为智能电池的设计提供了一个很好的研究平台。 目前，Pu  Xie等(Moisture  Battery  Formed  by  Direct  Contact  of  Magnesium  with  Foamed  Polyaniline，2015)和Minghui  Ye等(A  respiration-detective  graphene  oxide/lithium  battery，2016)分别研究制备得到了MWB电池。但是，以上现有技术均是制 备具有单一的湿度响应能力的MWB电池，受限于单一的刺激响应能力，此外，过于活泼的金 属锂在日常使用时比较危险，需要额外的惰性气体保护，增加了器件的危险性和成本。 因此，研究集双重或多重响应能力于一身的安全的MWB电池，对于拓宽MWB电池的 应用领域、以及满足市场对MWB电池的智能化需求具有重要意义。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有MWB电池上述的缺陷和不足，提供一种湿度 和压力双重响应的金属-水电池及其制备方法。 本发明的目的是提供一种金属-水电池用的湿度和压力双重响应的泡沫正极。 本发明另一目的是提供所述泡沫正极在制备刺激响应性智能器件中的应用。 本发明再一目的是提供一种湿度和压力双重响应的金属-水电池。 本发明上述目的通过以下技术方案实现： 本发明首先提供了一种金属-水电池用的湿度和压力双重响应的泡沫正极，将带 有含氮官能团的半导体聚合物通过化学氧化聚合反应负载到泡沫上即得。 优选地，所述带有含氮官能团的半导体聚合物为聚吡咯或聚苯胺。 更优选地，所述带有含氮官能团的半导体聚合物为聚吡咯。 3 CN 111584896 A 说　明　书 2/6 页 优选地，当带有含氮官能团的半导体聚合物为聚吡咯时，所述化学氧化聚合反应 的时间为10～14h。 当化学氧化聚合反应的时间＜10h时，聚吡咯不能完全覆盖在泡沫的骨架表面，从 而降低了聚吡咯的载量和最终制备得到的金属-水电池的活性；当化学氧化聚合反应的时 间＞14h时，过多的聚吡咯会在泡沫骨架表面团聚，造成泡沫的堵孔，使用过程中，会形成掉 粉现象，影响整个泡沫正极的性能。 更优选地，当带有含氮官能团的半导体聚合物为聚吡咯时，所述化学氧化聚合反 应的时间为12h。 当带有含氮官能团的半导体聚合物为聚苯胺时，所述化学氧化聚合反应的时间为 0.5～2h。 当化学氧化聚合反应的时间＜0.5h时，聚苯胺不能完全覆盖在泡沫的骨架表面， 从而降低了聚苯胺的载量和最终制备得到的金属-水电池的活性；当化学氧化聚合反应的 时间＞2h时，过多的聚苯胺会在泡沫骨架表面团聚，造成泡沫的堵孔，使用过程中，会形成 掉粉现象，影响整个泡沫正极的性能。 更优选地，当带有含氮官能团的半导体聚合物为聚苯胺时，所述化学氧化聚合反 应的时间为1h。 优选地，所述泡沫为聚氨酯泡沫。所述泡沫具有多孔的三维骨架结构和良好的可 压缩性。 优选地，所述泡沫正极的制备方法为：将泡沫充分浸入吡咯单体溶液或苯胺单体 溶液中，冷藏，加入相应的氧化剂进行化学氧化聚合反应，清洗，烘干，即得所述泡沫正极。 优选地，当泡沫浸入吡咯单体溶液中时，所述氧化剂为FeCl3；当泡沫浸入苯胺单 体溶液中时，所述氧化剂为过硫酸铵。 优选地，所述吡咯单体溶液的浓度为0.02～0.04M。 更优选地，所述吡咯单体溶液的浓度为0.03M。 优选地，所述苯胺单体溶液的浓度为0.6～1M。 更优选地，所述苯胺单体溶液的浓度为0.8M。 另外，所述泡沫正极在制备刺激响应性智能器件中的应用，也应在本发明的保护 范围之内。 优选地，所述刺激响应性智能器件为湿度和压力双重响应的金属-水电池。 本发明还提供了一种湿度和压力双重响应的金属-水电池，由所述泡沫正极制备 得到。 优选地，所述金属-水电池的制备方法为：将所述泡沫正极和负极金属片放入带有 透气孔的电池壳中组装得到。 优选地，所述带有透气孔的电池壳为CR2032电池壳，包括负极壳和带有透气孔的 正极壳。 更优选地，所述金属-水电池的制备方法为：将负极金属片放入负极壳后，泡沫正 极放在负极金属片上，盖上带有透气孔的正极壳，压紧，即得所述金属-水电池。 优选地，所述负极金属片为Zn或Mg。 更优选地，所述负极金属片为Mg。 4 CN 111584896 A 说　明　书 3/6 页 本发明具有以下有益效果： (1)本发明提供了一种湿度和压力双重响应的金属-水电池及其制备方法。本发明 所用的带有含氮官能团的半导体聚合物能够较均匀地沉积在泡沫的骨架上，制备得到的金 属-水电池用的湿度和压力双重响应的泡沫正极具有良好的多孔性，实现了多种功能如作 为水分载体、析氢催化剂和压力、湿度双响应单元在单一电极上的集成，在制备刺激响应性 智能器件中具有很好的应用潜力； (2)本发明在无额外添加电解质和隔膜的情况下，将该泡沫正极直接与活泼金属 负极组装成一种多功能的金属-水电池，该金属-水电池能够在外界湿度变化(如人体呼吸) 和压力刺激下，对湿度和压力产生双重响应，从而起到监测湿度或压力的效果； (3)该泡沫正极以及该金属-水电池的制备方法简单，所使用的材料廉价、成本低 且安全性好；因此，本发明拓宽了MWB电池的应用领域，满足了市场对MWB电池的智能化需 求，制备得到的金属-水电池在智能电子领域具有良好的应用前景。 附图说明 图1是实施例1制备得到的金属-水电池用的湿度和压力双重响应的泡沫正极的 SEM图；其中，(A)图为250um  SEM图；(B)图为1um  SEM图。 图2是实施例1制备得到的金属-水电池用的湿度和压力双重响应的泡沫正极和原 始聚氨酯泡沫的亲水性比较图；其中，(A)图为原始聚氨酯泡沫的亲水性图；(B)图为泡沫正 极的亲水性图。 图3是聚吡咯粉末样品和其他对比样催化产氢反应的线性扫描伏安(LSV)图；其 中，横坐标为电极电位，纵坐标为电流密度，“GC”代表对比样(玻璃碳电极基底)，“Super  P” 代表一种导电炭黑，“PANI”代表聚苯胺粉末样品，“PPy”代表聚吡咯粉末样品。 图4是实施例1制备得到的湿度和压力双重响应的金属-水电池在恒定压力条件 下，人体呼吸时的电流输出变化结果图；其中，横坐标为时间，纵坐标为相对电流变化， “Exhale”代表呼气，“Inhale”代表吸气。 图5是实施例1制备得到的湿度和压力双重响应的金属-水电池在恒定压缩量、不 同压缩速度时的电流输出变化结果图；其中，横坐标为时间，纵坐标为输出电流密度，从左 至右三段的压缩速度分别为20mm  min-1、30mm  min-1和40mmmin-1。