面向柔性超级电容器的凝胶电解质研究进展

柔性超级电容器卓越的功率密度和柔性应用能力与可穿戴设备对柔性电源的紧迫需求相吻合,同时具备较大的能量密度提升潜力,使其受到了广泛关注。将水、有机液体、离子液体和导电离子等溶入三维聚合物网络构建导电凝胶作为电解质,不仅简化了柔性超级电容器结构,还通过引入多样的交联方式和合成材料进一步提升其性能,已成为近年备受瞩目的研究方向。本文深入分析并总结了凝胶电解质应用于柔性超级电容器的独特优势及其关键性能优化的方法,包括：调控导电离子含量及传输路径以提高离子电导率;采用双重物理交联和模板化合成策略调节凝胶网络结构以改善机械性能;引入有机液体、离子液体等溶剂限制冰晶形成,从而拓宽工作温度范围。然而,凝胶电解质在柔性超级电容器应用中仍然面临一系列挑战,包括生物相容性不足、电极/电解质界面兼容性弱以及合成材料的环保性不佳。未来研究需进一步解决上述问题,以实现凝胶电解质在柔性超级电容器中的高效应用。     

水系锌离子电池宽温域性能的电解质改性策略研究进展

在资源短缺、能源需求倍增的当今世界,水系锌离子电池（AZIBs）作为一种大规模储能技术以其具有高安全性、低成本、高容量和快速充放电等优势脱颖而出。随着对能源多元化应用场景的增加,AZIBs被开发并应用于多种极端环境。然而,电池中的自由水分子会引发一系列的不良反应,导致电池出现容量下降和寿命缩短的问题。在低温条件下,溶剂水的冻结会引起AZIBs的离子电导率降低、电荷转移阻抗增加,导致电池速率性能下降。在高温条件下,溶剂水的快速蒸发会产生气泡和气体膨胀,水诱导的副反应加剧,同时电极材料也会出现腐蚀和溶解,从而影响电池寿命。针对这些挑战,在这篇综述中,分别总结了针对水系锌离子电池在高温与低温下的研究进展,提出了适用于低温、高温以及同时适用于高低温的电解质策略,重点研究了高浓度电解质、凝胶电解质、电解质添加剂和共晶电解质降低电解质凝固点、提高低温电化学性能的机理,并对进一步提高水系锌离子电池的宽温域性能和工业应用进行了展望。     

柔性锌-空气电池进展与展望

近年来,人们越来越关注柔性可穿戴电子设备。柔性锌-空气电池由于有较高的理论能量密度以及对像人体一样不均匀表面的适应能力,有望成为下一代电子产品的电源。在柔性锌-空气电池研究领域,人们已经取得了较好的研究进展,各种柔性锌-空气电池的制备方法已被报道。本文阐述了近年来柔性锌-空气电池的主要成就以及面临的困难,特别是关注凝胶电解质、金属阳极以及柔性空气阴极对柔性锌-空气电池电化学性能的影响,最后讨论了柔性锌-空气电池面临的主要挑战与发展前景。     

P(AA-DAC)两性聚电解质水凝胶的合成及性质

以丙烯酸(AA)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)为单体, 采用水溶液聚合法制备了P(AA-DAC)聚电解质水凝胶. 采用红外光谱和核磁共振等方法对其结构进行了表征. 研究了不同组成比的聚电解质水凝胶在去离子水、不同pH值溶液以及不同离子强度盐溶液中的溶胀行为. 研究结果表明, 摩尔比为1∶1的聚电解质水凝胶表现出典型的两性聚电解质凝胶的溶胀行为. 离子强度对其溶胀行为有着显著影响, 在溶液离子强度较高时, 凝胶网络的溶胀主要受溶剂向凝胶内部扩散所控制, 满足Fick型扩散规律n≤0.5, 随着溶液离子强度的增加, 凝胶网络平衡含水量增加, 扩散系数增大.     

旋涂法制备PEO-PAN-PMMA三组分共混凝胶聚合物电解质

随着新能源产业和储能产业的快速发展,二次电池的安全性和能量密度要求越来越高.而传统的液态锂电池使用易燃的电解液,所以存在较大的安全隐患.因此固态锂电池由于其较高的安全性和能量密度受到越来越多人的关注.目前困扰固态电池应用的主要问题是其离子电导率和电极电解质界面问题.固态电解质是固态电池的关键材料.因此开发高离子电导率的固态电解质是开发固态电池的关键.在本工作中,作者成功通过旋涂法制备聚乙二醇-聚丙烯腈-聚甲基丙烯酸甲酯（PEO-PAN-PMMA）凝胶电解质.PEO-PAN-PMMA聚合物薄膜为均匀透明的,具有较高的吸附率,且热稳定性较好,在380℃下保持稳定.通过浸泡电解液可以得到性能优异的凝胶电解质.该凝胶电解质具有较高的离子电导率,室温离子电导率为0.4 mS/cm,而且电化学窗口较宽,在0～4.2 V之间化学性能较为稳定,界面稳定性较好.组装成Li//PEO-PAN-PMMA凝胶电解质//LiCoO₂电池之后,正极首圈放电容量为129.8 mAh/g,循环100周,正极放电容量剩余119.51 mAh/g,在0.1 C、0.2 C、0.5 C和1 C倍率下循环,正极放电容量分别为129.8 mAh/g,99.5 mAh/g,86.1 mAh/g和64 mAh/g.     

高分子导电水凝胶的制备及在柔性可穿戴电子设备中的应用

水凝胶是具有高含水量、可变形性和良好生物相容性的材料,其中导电水凝胶具有良好的导电性、可调节的机械性及自黏附性等特征,逐渐成为制备柔性可穿戴电子设备的最佳候选材料。近年来,具有生物相容性、机械柔韧性和抗疲劳性的导电水凝胶得到广泛研究,能够实现多种生理信号和物理信号的监测及传输,促进了柔性可穿戴电子设备的发展。柔性可穿戴电子设备逐渐成为人机交互技术和人工智能领域的主要研究方向。导电水凝胶通过使用导电聚合物、导电填料、自由离子及其混合物来合成,根据导电机理,所制备的导电水凝胶可分为电子导电水凝胶、离子导电水凝胶和混合电子-离子导电水凝胶。本文讨论了导电水凝胶的制备方法,总结了导电水凝胶在可拉伸性、导电性、生物相容性和自修复性等功能方面的研究进展及其在柔性可穿戴电子设备中的应用,期望导电水凝胶可以取得更好的发展。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质的研究进展

由于凝胶聚合物电解质具有较好的机械加工性能和安全性能以及较高的室温离子电导率,因而得到广泛的研究与应用。综述了聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氧化乙烯等锂离子电池凝胶聚合物电解质近几年的研究进展,主要介绍了这些凝胶聚合物电解质体系性能的优缺点以及对其改性研究的各种探索。特别是对目前研究最广泛的聚偏氟乙烯体系的改性进行了较为详细的论述。其中,添加无机纳米粒子的改性是目前的研究热点,是凝胶聚合物电解质的发展趋势,并对凝胶聚合物电解质的未来发展作了展望。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质研究进展

使用聚合物电解质可以避免传统液态锂离子电池的漏液问题,提高电池的安全性能和能量密度,并可实现电池的薄型化、轻便化和形状可变等优点.目前,聚合物电解质的研究集中在凝胶型的复合和多孔聚合物电解质两大类.本文对各类凝胶聚合物电解质的特点、功能及研究情况逐一进行了介绍,对凝胶聚合物电解质的发展趋势进行了展望.     

基于凝胶电解质的敏化太阳能电池的光生电荷动力学

本文采用交流阻抗和暂态响应技术,研究了染料敏化太阳能电池(DSSC)中两大核心电荷过程(导电离子迁移和TiO_2上电子输运)随参量温度、偏压和光强变化的机制,揭示了凝胶态与液态电池性能差异的根源.温度、偏压或光强作为驱动力影响导电离子迁移和TiO_2上电子传输与复合从而影响DSSC光电性能.凝胶电解质中I3-较高的迁移活化能使其离子扩散及电池性能(尤其光电流)受限;凝胶态电池界面电子复合具有非理想复合特征,凝胶电解质对TiO_2的包覆作用一方面使导带电子直接复合减弱,另一方面使TiO_2表面态向电解质的间接电子复合减少,导致电池暗电流减小,光电压提高.TiO_2上电子正向传输和逆向复合二者比例的差异使凝胶态电池电子扩散长度比液态小,这是其电池收集效率偏低的原因.     

聚丙烯腈基聚合物电解质

详细介绍了锂离子电池用PAN（聚丙烯腈）基聚合物电解质的发展过程和制备方法，提出了PAN基凝胶型聚合物电解质所存在的主要问题，介绍了采用共聚和掺杂陶瓷材料对PAN的改性方法，并对聚合物电解质的离子传输机理作了初步探讨。     

原位聚合法制备凝胶型离子液体／PMMA聚合物电解质

采用原位聚合法制备了含有N-甲基、丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺离子液体的凝胶型聚合物电解质．利用SEM和XPS测试了电解质膜与LiFePO4电极的界面状态,充放电循环后,在电解质膜与LiFePO4之间有一层薄膜,这层薄膜中含有N和S元素．结果表明,随着充放电的不断进行,凝胶型电解质中未聚合的甲基丙烯酸甲酯与电极表面的锂离子之间发生电子转移,形成SEI膜,至少要三个循环后才能形成稳定的SEI膜．随着SEI膜的增厚,放电容量增加,阻碍了电子转移,使系统更加的稳定．在不同倍率下测试了凝胶型离子液体／PMMA聚合物电解质电池性能,当充放电达到30个循环时,0．2、0．5和1C下电池比容量分别为132、128和120mAh／g．     

聚合物水凝胶基超级电容器的研究进展

可伸展性和可压缩性是超级电容器作为现代柔性可穿戴电子设备的关键性能。聚合物水凝胶因其优异的力学性能、独特的网络状结构等优点,成为新一代高性能超级电容器的理想材料。它不仅可作为高效储能的柔性电极材料,而且可作为准固态电解质材料,在克服传统液体电解质系列缺陷的同时,获得更加轻薄、安全、稳定的柔性全固态储能器件。本文以聚合物水凝胶的化学组成为线索,分别介绍了聚合物水凝胶在超级电容器电极和电解质两方面的应用研究进展,并进一步对聚合物水凝胶在该领域的发展趋势进行了展望。     

凝胶电解质软包钠离子电池的研究

近年来,钠离子电池因其在成本和低温性能方面具有独特优势而被广泛关注.由于层状氧化物正极与锂离子电池三元正极材料类似的制备工艺被率先推出,并将其与硬碳负极搭配组建钠离子电池.但是,由于钠离子电池层状氧化物残碱高、稳定性欠缺,在长循环过程中易引发电解液氧化分解而导致电芯产气,限制了软包钠离子电池的应用.本文采用凝胶电解质策略构建了凝胶电解质软包钠离子电池,并研究了该电池的电化学性能.结果表明,凝胶电解质对抑制电芯循环产气有显著作用,同时可以提高电芯的安全性能.     

高相转变温度的离子凝胶电解质基准固态染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池(DSC)以其低价、高效等优势, 成为学术界和工业界的研究热点. 传统液态电解质由于易挥发、易泄漏等问题, 导致基于液态电解质的电池难以保持长期稳定, 影响光伏技术的应用. 本文合成了N,N'-1,5-戊二基双月桂酰胺, 将其作为有机小分子胶凝剂(LMOG)胶凝离子液体电解质(ILE)制备了离子凝胶电解质(IGE)并组装成准固态电池(QS-DSCs). 差示扫描量热测试显示该凝胶电解质的相转变温度(T_gel)为104.7℃, 具有良好的本征热稳定性.利用循环伏安法、电化学阻抗谱、调制光电压/光电流谱分别研究了液态电池和准固态电池内部电子传输和复合动力学过程. 结果表明, 凝胶电解质的三维网络结构加速了TiO₂光阳极/电解质界面电子与电解质中I₃^-的复合过程, 使电子寿命降低, 导致准固态电池的光电转换效率略低于液态电池. 在AM1.5 (100 mW·cm^-2)及50℃条件下的加速老化测试结果显示, 持续老化1000 h后其光电转换效率(η)无衰减,而液态电池的光电转换效率衰减为初始值的86%, 表明准固态电池具有良好的光热稳定性.     

离子液体基聚合物的结构对染料敏化太阳能电池性能的影响研究

设计合成了分别悬挂磺酸官能团、磺酸锂官能团和烷基链官能团的三种结构的离子液体基聚合物,用于聚合物凝胶电解质的制备,并应用于染料敏化太阳能电池中.结果发现这三种聚合物含量的变化对电池性能的影响有较大差别.悬挂普通烷基链官能团的离子液体基聚合物(P-CH₃I)的加入,由于增加了电解质的粘度,使得电池的性能随着P-CH₃I含量的增加而变差;悬挂磺酸锂官能团的离子液体基聚合物P-LiI加入使电池的性能略微下降,而悬挂磺酸官能团的离子液体基聚合物P-HI加入到离子液体电解质后,在一定浓度范围内能改善离子的扩散等性能,从而使基于这种离子液体基聚合物的电池的光电性能相对较好.并通过电解质AFM微观形貌的研究解释了这三类电解质中离子扩散的差异以及光电性能的差别.     

卤化物固态电解质研究进展

全固态电池因其高能量密度和高安全性而成为具有发展前景的下一代储能技术。开发具有高室温离子电导率、优异化学/电化学稳定性、良好正/负极兼容性的固态电解质是实现全固态电池实用化的关键。卤化物固态电解质因其优异的电化学窗口、高正极稳定性、可接受的室温锂离子电导率等优势,受到了广泛的关注。本文通过对近年来卤化物电解质的相关研究进行总结,综述了该类电解质的组成、结构、离子传导路径及制备方法,并分析了金属卤化物电解质的电导率、稳定性特点,归纳了近年来该电解质在全固态电池中具有代表性的应用,并基于以上总结和分析,指出了卤化物固态电解质的研究难点及发展方向。     

通过金属有机小分子水凝胶选择性形成实现磷酸根的可视识别

利用磷酸根和钳型三联吡啶锌络合物的金属中心锌离子具有选择性配位的能力,通过金属有机水凝胶的选择性形成实现了对磷酸根的可视识别.在此基础上,利用一系列实验对这类金属有机水凝胶的热稳定性、流变性质、外观样貌进行了详细表征和分析之后提出了对磷酸根选择性识别的可能机理.     

锂离子电池凝胶聚合物隔膜的研究进展

作为锂离子电池重要组分,隔膜由多孔聚烯烃高分子材料组成;电解质体系由有机碳酸酯和六氟磷酸锂混合组成,虽具有高离子电导率,但因液态碳酸酯的易燃特性给锂离子电池带来了安全隐患。利用能够将液态电解质体系凝胶化的聚合物制备得到的凝胶聚合物隔膜,结合了液态电解质体系高电导率和固态电解质高安全性的优点。凝胶聚合物隔膜的研究从简单微孔凝胶聚合物隔膜开始,经历了引入少量纳米无机颗粒的掺杂凝胶聚合物隔膜,到引入大量纳米颗粒的凝胶陶瓷隔膜的发展历程。本文详细介绍这三种类型凝胶聚合物隔膜的物理化学特性,最后展望凝胶聚合物隔膜的发展趋势。     

钠离子电池:储能电池的一种新选择

钠离子电池在20世纪70年代末80年代初得到关注,但因锂离子电池优异的电化学性能而没有得到广泛研究.随着电动汽车、智能电网时代的到来,锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素.因此,亟需发展下一代综合性能优异的储能电池体系.钠和锂具有相似的物化性质,且钠资源丰富,成本低廉,是非常有发展潜力的电池体系,近年来得到了国内外研究人员的广泛关注.简要综述了近年来钠离子电池的研究成果,就层状Nax MO2(M=Co,Ni,Fe,Mn,V等)材料、聚阴离子型材料、金属氟化物等正极材料及碳基负极材料、合金和金属氧化物等负极材料的电化学性能进行了介绍,阐述了有机体系电解质和凝胶电解质在钠离子电池中的应用,并对其存在的问题以及未来发展方向作了探讨.     

锂离子电池用化学交联型凝胶聚合物电解质的研究进展

近年来便携式电子设备爆炸事件频发,主要是由于传统锂离子电池隔膜/电解液体系容易发生电解液泄漏以及隔膜严重热收缩导致的正负极接触短路。化学交联型凝胶聚合物电解质的出现在很大程度上改善了电池漏液的问题。同时,交联网络赋予聚合物基体优异的尺寸稳定性,大大提高了其安全性能。因此,化学交联型凝胶聚合物电解质得到了科研工作者们的广泛关注和研究。本文根据引发及制备方法的不同,综述了利用热引发、光引发、辐射引发、环氧开环加成以及溶胶-凝胶法制备的交联凝胶型聚合物电解质,并对其力学性能和电化学性能进行了介绍。