纤维素离子凝胶的制备及性能

开发高性能的导电凝胶已经成为推动柔性电子设备进一步发展的基石。以天然纤维素为凝胶骨架,以离子液体为导电介质,通过加热溶解-冷却凝胶化过程可以制备高性能的绿色离子液体-纤维素复合凝胶(CGel)。复合凝胶中的纤维素基体呈现三维网络结构,并包含大量的孔洞,可以有效吸附和储存离子液体,实现离子液体在纤维素基体中的均匀分布。纤维素离子复合凝胶具有较高的模量(G′>G″)、优异的透明度(88%)、良好的电学性能(2.2 mS/cm)及柔韧性。进一步通过高温加热-冷却凝胶化过程能够实现纤维素离子凝胶体系的再循环生产过程。纤维素离子凝胶展现了对水分子的高度敏感性,其电导率正比于工作湿度,有望应用于环境湿度及人体皮肤状况的高效监督检测。      

无纺布支撑微交联PMMA基凝胶聚合物电解质的制备与性能研究

以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA))和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)作交联剂,制备了PP无纺布支撑微交联PMMA基凝胶聚合物电解质。通过扫描电子显微镜、热重分析仪、电化学工作站和万能试验机对其表观形貌、热稳定性、室温离子电导率和拉伸强度进行了表征及测试。结果表明,PEG600DA和PEG200DA能有效提高体系的室温离子电导率,均从2.2 m S/cm提高到3.0 m S/cm左右;PEG400DA和PEG600DA能显著提高体系的拉伸强度,用量为0.3%和0.2%时,拉伸强度分别为11.8 MPa和12.4MPa,与对照相比分别提高39.1%和45.3%。     

PMMA基凝胶聚合物电解质研究进展

综述了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基凝胶聚合物电解质(GPE)的研究进展,提出了PMMA基凝胶电解质目前主要存在的问题,着重讨论了采用共聚共混、交联和添加无机填料等对PMMA进行改性的方法,以及PMMA基GPE的三种制备方法.     

聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的制备及在锌离子混合电容器中的应用

锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险。针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇为原料,通过冷冻-解冻和电解液吸收的方法,快速制备了具有蜂巢状的三维网络形貌的凝胶聚合物电解质(GPE)。优化的GPE不仅具有良好力学性能(拉伸强度0.24 MPa、断裂伸长率289%),而且表现出较高的离子电导率(58.5 mS/cm)。使用GPE、二氧化锰阴极和活性炭阳极组成的ZIHC,其比电容和能量密度分别为31.5 F/g和15.0 Wh/kg,2 A/g充放电循环1.5×10⁴次后比电容保持率约80%,展示出GPE在ZIHC领域中潜在的应用价值。原料环保和方便快捷的制备方法为能量存储和柔性可穿戴电子领域应用的GPE研究提供了新的思路。     

导电聚合物离子凝胶制备与电化学驱动性能研究

基于导电聚合物的电化学驱动器具有低工作电压、制备简单、易操控及低成本的优势,在软体机器人领域具有广阔的应用前景。目前多采用添加具有高电化学活性材料的方法提高其驱动性能,但纯导电聚合物电化学驱动器的驱动应变仍小于1%。通过添加剂调控导电聚合物的微观结构,获得了一种具有高导电性(1500S/cm)、高拉伸率(47%)的导电聚合物离子凝胶,其最大驱动应变达到1.4%,优于已经报道的导电聚合物电化学驱动器。这一结果表明,导电聚合物电极的微观结构对于电化学驱动器驱动性能具有重要作用,为后续研究提供了有益的借鉴。     

聚氨酯/SiO_2复合凝胶聚合物电解质的制备与性能

将聚氨酯(PU)与纳米SiO_2复合,采用相转移法制备了不同SiO_2含量的PU/SiO_2复合凝胶聚合物电解质。材料微观结构、热性能和电化学性能等测试结果表明,相转移法得到了多孔结构的聚合物膜,SiO_2颗粒较均匀地分散于PU基体中;随着SiO_2含量逐渐增加,电解质的吸液率和拉伸强度呈先上升后下降的趋势;差示扫描量热分析和热重分析测试结果表明,复合多孔电解质膜的玻璃化转变温度和热分解温度较纯PU有明显提高;SiO_2质量分数为5%时制备的PU/SiO_2复合多孔凝胶聚合物电解质综合性能最优,吸液率为163%,拉伸强度为5.45 MPa,5%分解温度高达324℃,20℃时离子电导率为3.02×10-3S/cm,电化学稳定窗口为5.32 V,显示了较好的应用前景。     

PVDF-HFP基聚合物电解质膜的制备及性能表征

采用相转化法制备了PVDF-HFP基多孔聚合物电解质,研究了PVDF-HFP的溶解温度、溶剂用量以及非溶剂用量等因素对聚合物电解质性能的影响,分别采用交流阻抗法和稳态电流法测定了聚合物电解质膜的离子电导率和离子迁移数,并通过扫描电镜观察了多孔聚合物膜的表面形貌.研究表明,制备PVDF-HFP多孔聚合物电解质膜的合适条件为:溶胶温度50~60℃、溶胶时间2 h、溶剂与PVDF的质量比为9~11、非溶剂与PVDF的质量比为0.5~0.25.该条件下制得的多孔聚合物电解质膜的孔隙率达到70%左右、离子迁移数在0.3左右、室温离子电导率达到1.6×10-3S.cm-1.     

P(MMA-MAh)凝胶聚合物电解质的制备及其性能

以自制的甲基丙烯酸甲酯与马来酸酐的共聚物(P(MMA-MAh))为基体,丙烯碳酸酯(PC)为增塑剂,LiClO4为锂盐,制备成凝胶聚合物电解质(GPE);采用交流阻抗法、差示扫描量热法(DSC)、热失重分析(TGA)对此GPE的电性能及热性能作了研究,并且研究了不同配比及温度对其离子电导率的影响.结果表明,以P(MMA-MAh)为基体的GPE与PMMA基GPE相比,共聚型P(MMA-MAh)的凝胶体系较好的成膜性和热稳定性;当共聚物含量为60%(质量分数)时,凝胶体系的玻璃化转变温度为27.28℃,质量损失为5%时热分解温度为145℃;当共聚物含量为45%(质量分数)时,凝胶聚合物电解质的综合性能较好;且共聚物P(MMA-MAh)基GPE的离子电导率与温度的关系服从Arrhenius方程.     

化学交联型凝胶聚合物电解质的制备研究进展

综述了以不同聚合物为基体的化学交联型凝胶聚合物电解质的主要制备方法和性能,并叙述了变联结构在电解质中的作用.     

具有三维离子迁移通道的共混凝胶聚合物电解质及其电化学性能

采用聚合诱导相分离法,通过N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)在偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))溶液中原位聚合生成聚乙烯吡咯烷酮(PVP),合成共混凝胶聚合物电解质(BGPE)。对共混聚合物膜的微观结构、形貌和结晶性能,BPGE的热稳定性及电化学性能进行了表征。在BGPE中,P(VDF-HFP)相起骨架支撑作用,PVP相则形成三维Li~+迁移通道。当P(VDF-HFP)∶NVP质量比为2∶1时,所得样品BGPE-3的室温离子电导率为0.712×10~(-3) S/cm,而且具有339℃的热分解温度和4.9 V(vs. Li~+/Li)的阳极稳定电位。研究结果表明,离子液体增塑的半互穿凝胶聚合物电解质膜可由聚合诱导相分离法简易制备,具有优异的电化学性能。     

P(MMA-MAh)基凝胶聚合物电解质导锂离子性能研究

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和马来酸酐(MAh)单体合成共聚物P(MMA-MAh),并以其为聚合物基体制备了凝胶聚合物电解质。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TGA)对合成共聚物进行了表征,并采用交流阻抗法对制备的凝胶聚合物电解质(GPE)的导锂离子性能作了研究,并且分析了不同温度和配比对其离子电导率的影响。结果表明:成功合成了聚合物P(MMA-MAh),其热分解温度为300℃,玻璃化转变温度为133.9℃,制备的GPE的离子电导率随温度的升高而增大,随聚合物含量的增加而减小,且在研究温度范围内锂离子迁移符合Arrhenius方程。     

PVDF为基的聚合物固态电解质离子导电膜的结构与性能研究

制备了聚偏氟乙烯 (PVDF) 锂盐 增塑剂聚合物固态电解质 ,并测定了该类电解质的电导率 ,结果表明 :以聚偏氟乙烯为基的凝胶电解质的室温电导率超过了 10 -3 S·cm-1,电导率与温度的关系服从VTF方程。并对该电解质进行了红外、扫描电镜、X衍射分析 ,发现了一个新相 ,并证实了在聚偏氟乙烯、锂盐、增塑剂三者之间共存的相互作用规律。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质制备技术进展

综述了近几年锂离子电池凝胶聚合物电解质的制备技术进展,主要介绍了溶液浇铸法、倒相法和现场聚合等工艺的优缺点。现场聚合工艺流程简单、产品成本低,有极其广阔的发展前景。通过添加无机纳米粒子改善凝胶聚合物电解质的性能是目前的研究热点和发展趋势。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质制备工艺进展

凝胶聚合物电解质的应用广泛,在化学电源方面的应用主要集中应用于聚合物锂离子电池。本文介绍了锂离子电池用凝胶聚合物电解质的制备方法、各自的优缺点以及其在电池制备中的应用,重点介绍了UV固化技术在凝胶聚合物电解质制备中的应用,展望了聚合物锂离子电池UV聚合工艺的发展前景。     

纳米纤维素基气凝胶的制备及其吸附性能研究进展

在可持续发展已成为全球各国共识的今天,合理且高效地研发及利用可再生生物质能源成为国内外各大课题组研究的热点及方向。而纳米纤维素作为典型的生物质可再生材料,将其应用到环境治理领域成为再好不过的选择。同时,以纳米纤维素为基体制备的气凝胶作为第三代气凝胶材料,具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低介电常数和较高的吸附性等性能,在染料吸附、油污吸附、重金属离子吸附、CO 2气体吸附等吸附领域有着广阔的应用前景。综述了纳米纤维素的制备方法、纳米纤维素基气凝胶的制备工艺及其在吸附领域的应用,探讨了纳米纤维素基气凝胶在研发中存在的问题,展望了纳米纤维素基气凝胶在吸附领域的未来发展方向。     

单离子导电聚合物电解质膜的制备及电化学性能研究

以对苯乙烯磺酸钠为原料,通过一系列反应合成了单离子导体聚(对苯乙烯磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiPSTFSI),将其与PEO按不同EO/Li⁺共混,制备单离子导电聚合物电解质膜。研究表明,PEO/LiPSTFSI电解质膜在270℃下具有良好的热稳定性;在60℃时,EO/Li⁺=16的电解质膜的离子电导率达到1.94×10^-5 S/cm,且锂离子迁移数>0.85,接近于锂单离子导体;同时电解质膜表现出较好的电化学稳定性和界面性能。     

PVA-KOH-H_2O碱性凝胶聚合物电解质的制备与表征

应用溶解-铸膜法制备聚乙烯醇(PVA)-KOH-H2O碱性凝胶聚合物电解质膜。用交流阻抗测试电解质膜离子电导率,结果表明随KOH含量增加,电解质膜的电导率先增后减,当m(PVA):m(KOH)=3:4.5时(质量比,下同),室温电导率达到最大值,为4.63×10-2S/cm。聚合物电解质膜的电导率随温度的变化基本符合Arrhenius方程。加入KOH后,PVA结构从晶态向非晶态转变,结晶度降低,热稳定性提高。循环伏安和DSC热分析显示该聚合物电解质膜具有很好的电化学稳定性和热稳定性。有望应用于碱性二次电池。     

聚离子液体型聚合物电解质的制备及表征

以N-乙烯基咪唑、溴乙酸甲酯和二（三氟甲基磺酰亚胺）锂（LiTFSI）为原料,采用溶液聚合法制备了聚（1-乙烯基-3-乙酸甲酯基咪唑二（三氟甲基磺酰亚胺））（PMVIm-TFSI）。将其与LiTFSI和聚（甲基丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯）（P（MMA-VAc））共混制得了不同质量比的聚合物电解质。核磁共振（1 HNMR）、红外光谱（FT-IR）、示差扫描量热计（DSC）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、交流阻抗（AC impedance）等对电解质的测试结果表明,PMVIm-TFSI掺杂到P（MMA-VAc）和LiTFSI组成的电解质中后其电导率得到了极大的改善,30℃下最高可达4.71×10-4S/cm,同时热稳定性也得到了极大的提高。此外,该共混电解质（透过率≥90%）还可以运用到电致变色器件（ECD）导电离子材料中,也显示出了优良的电化学性能。     

溶胶-凝胶法制备微孔复合聚合物电解质

使用钛酸丁酯作为前驱体,在聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液中分解为T iO2,与聚合物基体进行复合,制备的聚合物膜吸附电解质溶液后成为微孔复合聚合物电解质(M CPE)。用SEM、DSC、FT-IR、XRD等方法对复合聚合物膜进行表征,并测试了M CPE的离子电导率,发现当复合聚合物膜中T iO2粒子的质量分数为8.2%时,聚合物电解质具有最高的离子电导率1.27×1-0 3S/cm。