用于柔性超级电容器的凝胶聚合物电解质膜的制备

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)提高戊二醛(GA)交联的聚乙烯醇(PVA)凝胶在1 mol/L的H2SO4溶液中的溶胀度,制备出一种用于柔性超级电容器的凝胶聚合物电解质膜,并对该电解质膜的结构、形貌、溶胀度、力学性能和电导率等进行了表征.在此基础上,组装了一种基于石墨烯电极的柔性超级电容器.结果表明:随着PVP用量的增加,膜孔数量增多且孔径增大,溶胀度增加,电导率提高,但力学强度下降.电解质膜中PVP质量分数为20％时,所组装的柔性超级电容器的比电容为111 F/g,其电化学性能的温度依赖性较低,稳定性较好.     

电致变色型导电聚苯胺固态超级电容器的构建与性能研究

以苯胺硫酸溶液为沉积液,导电玻璃(FTO)为基底材料,在-0.2~1.2 V范围内先电位扫描一圈生成聚苯胺(PANI)晶种,然后在-0.2~0.8 V范围内用循环伏安法电沉积导电PANI材料.所得样品用红外光谱和扫描电子显微镜进行结构表征;以最佳循环伏安电沉积条件制备的PANI/FTO为活性电极,以H_2SO_4/聚乙烯醇(H2SO4/PVA)为凝胶电解质组装了电化学电容器,通过循环伏安、恒电流充放电和电化学阻抗法研究了组装电化学电容器的电化学性能.研究结果表明,以H_2SO_4/PVA凝胶电解质,沉积于导电玻璃表面的PANI活性电极材料的面比电容可达172.7 m F/cm~2,并且在2000次充放电以后,比电容值仍可保留初始值的92.8%.以分区沉积有PANI的导电玻璃可组装制备通过变色显示充放电过程的电化学电容器,在充电时,其颜色逐渐从浅绿色向深绿色转变,放电时,颜色逐渐从深绿色向浅绿色转变.     

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。     

用于聚合物镍氢电池的新型PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质

采用溶胶凝胶法,结合相转移法和碱液活化法制备了PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质,通过SEM、XRD、交流阻抗法和循环伏安法表征了电解质的结构与电化学性能.研究表明,PVA/5ωSiO2(ω为质量分数)共混膜上的微孔大小合适,聚合物电解质的离子电导率最大可达1.62×10-2 S·cm-1,电化学稳定窗口2V以上;将PVA/SiO2碱性微孔电解质组装成聚合物镁基镍氢电池,与传统镍氢电池相比,循环稳定性大大增加.     

用于聚合物镍氢电池的新型PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质（英文）

采用溶胶凝胶法,结合相转移法和碱液活化法制备了PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质,通过SEM、XRD、交流阻抗法和循环伏安法表征了电解质的结构与电化学性能.研究表明,PVA/5ωSiO2(ω为质量分数)共混膜上的微孔大小合适,聚合物电解质的离子电导率最大可达1.62×10-2 S cm-1,电化学稳定窗口2 V以上;将PVA/SiO2碱性微孔电解质组装成聚合物镁基镍氢电池,与传统镍氢电池相比,循环稳定性大大增加.     

新型PMMA基聚合物电解质的研制

制备了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基聚合物电解质，通过加入交联剂使其形成网状结构，提高了聚合物电解质的机械性能.对MMA以及交联剂的含量作了优化，并测试了聚合物电解质的温度特性.测试结果表明,MMA、EGD(二甲基丙烯酸乙二醇酯)和电解液(LiBF4/EC DMC)含量分别为25％、2％、73％(质量分数）时，所制备的聚合物电解质具有较高的电导率，室温条件下可以达到2×10－3 S•cm－1，电化学窗口为4.8 V.用其作为电解质组装的聚合物锂离子电池具有较好的充放电性能.     

一种新型聚合物电解质的研制

合成了聚 (甲基丙烯酸甲酯 丙烯腈 甲基丙烯酸锂 ) (简记为PMAML)新型聚合物电解质基质材料 ,把它与聚偏氟乙烯 (PVDF)共混制备了凝胶化的聚合物电解质 .通过核磁共振波谱确定了PMAML的组份含量 ,并用扫描电镜观察了该聚合物基质膜的表面形貌 .利用交流阻抗技术测试了其电导率 ,室温下电导率可达2 5× 10 - 3S·cm- 1 .采用线性伏安扫描方法研究了该聚合物电解质的电化学稳定性 ,其电化学稳定窗口为4 5V .通过受限扩散实验测得电解质中离子的扩散系数为 8 12× 10 - 7cm2 ·s- 1 .组装的聚合物电解质锂离子电池首次充放电效率为 89% ,前 5次循环容量基本稳定 .     

高压静电纺丝法制备P(VDF-HFP)聚合物电解质

以高压静电纺丝法制备了具有微孔结构的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]无纺布膜, 吸附离子液体3-乙基-1-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐(EMIBF₄)后成为凝胶聚合物电解质, 其室温离子电导率达到8.43 mS•cm^－1, 初始热失重温度超过300 ℃. 以其为聚合物电解质的活性碳电极双电层电容器具有较好的电化学性能, 1.0 mA•cm^－2恒流充放电500次循环后仍保持 90.67 F•g^－1的比容量, 容量保持率为96.86%.     

离子液体电解质种类对活性炭电极超级电容器电化学性能的影响

本文将经水蒸气二次活化的椰壳活性炭（W-AC）作为电极材料,选择1-乙基-3甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIM]BF₄）作为电解质,结果表明W-AC电极的比电容量远高于未活化的椰壳活性炭（R-AC）.使用循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等方法研究了不同种类离子液体电解质对超级电容器电化学性能的影响.不同阴阳离子组成的离子液体作为电解质,直接影响超级电容器的电化学性能. 研究表明,由EMIM⁺和BMIM⁺阳离子与BF₄^-、TFSI^-阴离子构成的离子液体电解质较适用于W-AC电极. 其中在[EMIM]BF₄电解质中,单片电极的比电容量可高达153 F·g^-1;在1-丁基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐（[BMIM]BF₄）电解质中电位窗可达3.5V,能量密度可高达57 Wh·kg^-1.本研究对于构筑高性能超级电容器离子液体的选择提供参考,以满足不同应用领域需求.     

电解质在超级电容器中的应用

超级电容器作为一种新型储能装置,因充放电快、功率密度高和循环寿命长的优异性能而引起了广泛的关注。电解质作为影响超级电容器性能的关键因素之一,其离子类型与尺寸、电化学窗口及电导率等性质对器件的工作电压、能量密度及循环寿命有着重要影响。针对近年来的研究现状,本文概述了超级电容器的储能原理、性能评估的关键参数及电解质在超级电容器中的应用研究进展。介绍了电解质的分类,包括水系电解质、有机电解质、离子液电解质和氧化还原电解质在内的液态电解质,及包括固态聚合物电解质、无机固态电解质及凝胶聚合物电解质在内的固态/准固态电解质。评述各类电解质的最新研发进展,讨论了电解质性质对超级电容器性能的影响,并阐明了超级电容器电解质的设计和优化方法。最后,分析了制备高性能电解质所面临的困难,并就其未来的研究方向作出了展望。     

PAMPSLi/P(MMA-VAc)为基体的聚合物电解质

将聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)(PAMPSLi)和聚(甲基丙烯酸甲酯-醋酸乙烯酯)[P(MMA-VAc)]与LiClO₄共混, 制备了复合聚合物电解质膜. 用FTIR, TG, XRD, DMA, SEM及电化学交流阻抗和机械性能测试对聚合物及其电解质膜的结构和性能进行了表征. 结果表明, PAMPSLi与P(MMA-VAc)共混后结晶状态发生变化, 交联网络变得密实, 提高了热稳定性和拉伸强度, 聚合物电解质膜含有较多微孔结构, 孔径为5~10 μm; 在20 ℃时, 当n(MMA)∶n(VAc)=2∶8, m(PAMPSLi)∶m[P(MMA-VAc)]=5∶95, m(LiClO₄)∶m(copolymer)=15∶85时, 聚合物电解质膜电导率可达到1.68×10^-3 S/cm, 且电导率未出现随LiClO₄含量的进一步增加而下降的现象. 将此电解质用于全固态电致变色显示器件表现出了优良的性能. 对加入PAMPSLi后聚合物电解质膜电导率和热稳定性提高的原因进行了初步探讨.     

High performance dye-sensitized solar cell based on 2-mercaptobenzimidazole doped poly(vinylidinefluoride-co-hexafluoropropylene) based polymer electrolyte

In this work, the influence of 2-mercaptobenzimidazole (2-MCBI) on poly(vinylidinefluoride-co-hexafluoropropylene)/KI/I₂ (PVDF-HFP/KI/I₂) polymer electrolytes were studied. The pure and different weight percentage ratios (20, 30, 40 and 50%) of 2-MCBI doped PVDF-HFP/KI/I₂ electrolytes were prepared by a solution casting technique. The as-prepared polymer electrolyte films were characterized using various techniques such as Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffractometer (XRD), alternating current (AC)-impedance analysis. The addition of 2-MCBI with pure PVDF-HFP/KI/I₂ was found to increase the ionic conductivity of electrolyte. Among the various additions, 30 wt% 2-MCBI doped PVDF-HFP/KI/I₂ showed the highest room temperature ionic conductivity values than the others. The dye-sensitized solar cell (DSSC) fabricated using this optimized polymer electrolyte achieved a high power conversion efficiency of 4.40% than the pure PVDF-HFP/KI/I₂ (1.74%) at similar experimental conditions. Thus, the 2-MCBI doped polymer electrolyte has proven to be an effective substitute to the liquid electrolyte in DSSCs.     

Al2O3掺杂的复合聚合物电解质室温电导研究

1973年 Wright等[1] 首先报道了 PEO-Li+ 盐的固态聚电解质体系 ,我们从 90年代开始研究物质在聚合物电解质中的传输机理及固 -固界面动力学等问题 [2～ 4 ] .由于聚合物电解质易成膜 ,在制备高能密度全固态电池和光电化学器件等方面具有广泛的应用前景 .目前研究的聚电解质主要为通过加入金属盐而具有导电性的聚合物材料 .PEO具有良好的机械性能和化学稳定性 ,从而成为研究最为广泛的高分子材料 .金属盐溶于 PEO后 ,易形成晶态复合物 ,其电导率仅为 1 0 - 7～ 1 0 - 8S/cm,与应用中所要求的 1 0 - 3 S/cm相差甚远 .因此 ,如何提高 PE…     

P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)复合聚合物电解质的电化学性质

采用激光扫描共焦显微镜、X射线衍射、循环伏安和交流阻抗等方法对由聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(P(VDF-HFP))、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及纳米碳酸钙(二氧化硅)制备的几种复合聚合物电解质(CPE)膜P(VDF-HFP)-PMMA/CaCO3(SiO2)的性能进行了研究. 结果表明, PMMA的加入能提高CPE的吸液率, 从而增大其离子导电率. 在P(VDF-HFP)与PMMA质量比为1:1条件下制得的CPE性能最佳. 用P(VDF-HFP)-PMMA为聚合物基体与纳米级SiO2、CaCO3进行复合制成的聚合物膜, 无机粒子的加入没有破坏原来聚合物非晶结构; 室温下CPE的电导率达到3.42 mS·cm-1; 电化学稳定窗口为4.8 V. 电池Li/CPE/GMS(石墨基材料)的测试证明, CPE与石墨负极有很好的相容性. 聚合物电池Li/CPE(CaCO3)/LiCoO2比Li/CPE)(SiO2)/LiCoO2具有更优越的倍率放电性能.     

纳米复合全固态聚膦腈电解质

为了进一步提高聚合物电解质的室温离子电导率和锂离子的迁移数,通过对纳米二氧化硅的表面修饰,并采用可聚合的带氧化乙烯-氧化丙烯共聚侧链取代的聚膦腈大单体制备了纳米复合的全固态电解质.通过X射线光电子能谱,扫描电镜,差热扫描分析对纳米复合电解质的性能和形貌进行了分析,并通过交流阻抗考察了电解质与电极间的界面稳定性,用循环伏安表征了电解质的电化学稳定窗口,考察了锂盐含量对电解质离子电导率的影响,测试了电解质的离子电导率随温度的关系,并对锂离子的迁移数进行了测定.研究结果表明,通过纳米复合的方法,提高了聚合物电解质的离子电导率,降低了界面电阻,提高了锂离子迁移率.     

纳米SiO2复合的梳状聚醚聚合物电解质的导电性能研究

于含锂盐的梳状聚醚聚合物电解质添加纳米S iO2制备复合聚合物电解质.并分别使用DSC和XRD研究S iO2对聚合物链段运动能力的影响.电导率测试表明,在相同的锂盐浓度下,加入5%的纳米S iO2后,聚合物电解质具有最高的离子电导率,30℃时为7.8×10-5S/cm,80℃时达到4.5×10-4S/cm.与未添加S iO2的聚合物电解质相比,电导率提高了30%~60%.TGA测定给出该聚合物的热分解温度为300℃左右,显示出良好的安全性能.     

Quasi-solid-state dye-sensitized solar cell based on a polymer gel electrolyte with in situ synthesized ionic conductors

A polymer gel electrolyte with in situ synthesized Acac-Py-I₂ ionic conductors was prepared for fabricating a quasi-solid-state dye-sensitized solar cell (QS-DSSC). The in situ synthesized Acac-Py-I₂ ionic conductors show weaker influence on the liquid electrolyte absorbency of the polymer gel electrolyte than that of Acac-Py-I₂ ionic conductors dissolved in liquid electrolyte. Owing to the higher liquid electrolyte absorbency, the polymer gel electrolyte with in situ synthesized Acac-Py-I₂ ionic conductors shows higher ionic conductivity than that of polymer gel electrolyte with Acac-Py-I₂ ionic conductors absorbed from liquid electrolyte. QS-DSSC containing the polymer gel electrolyte with in situ synthesized Acac-Py-I₂ ionic conductors shows 3.815% energy conversion efficiency, which is 21.6% higher than that of QS-DSSC containing polymer gel electrolyte with Acac-Py-I₂ ionic conductors absorbed from liquid electrolyte.     

PVA-CMC-KOH-H2O碱性聚合物电解质研究

由聚乙烯醇(PVA)与羧甲基纤维素钠(CMC)制备PVA-CMC-KOH-H2O碱性聚合物电解质膜,应用交流阻抗、循环伏安、差热分析和红外光谱等实验方法表征、研究其性能.结果表明,该碱性聚合物电解质的室温电导率可达到10-2S.cm-1数量级,在不锈钢惰性电极上的电化学稳定窗口约为1.6 V.另外,还研究了聚合物电解质膜中KOH、H2O和CMC对体系电导率的影响以及PVA-CMC-KOH-H2O碱性聚合物电解质在N i/MH电池中的初步应用.初步结果表明,由PVA-CMC-KOH-H2O聚合物电解质组装的N i/MH电池,其低倍率放电性能较好.     

Effects of ceramic filler in poly(vinyl chloride)/poly(ethyl methacrylate) based polymer blend electrolytes

Effects of nano-ceramic filler titanium oxide (TiO₂) have been investigated on the ionic conductance of polymeric complexes consisting of poly(vinyl chloride) (PVC)/poly(ethyl methacrylate) (PEMA), and lithium perchlorate (LiClO₄). The composite polymer blend electrolytes were prepared by solvent casting technique. The TiO₂ nanofillers were homogeneously dispersed in the polymer electrolyte matrix and exhibited excellent interconnection with PVC/PEMA/PC/LiClO₄ polymer electrolyte. The addition of TiO₂ nanofillers improved the ionic conductivity of the polymer electrolyte to some extent when the content of TiO₂ is 15 wt%. The addition of TiO₂ also enhanced the thermal stability of the electrolyte. The changes in the structural and complex formation properties of the materials are studied by X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) techniques. The scanning electronmicroscope image of nano-composite polymer electrolyte membrane confirms that the TiO₂ nanoparticles were distributed uniformly in the polymer matrix.     

P(VdF-HFP)-基离子液体复合聚合物电解质的阴极稳定性及热稳定性

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯P(VdF-HFP)聚合物为基体, 制备了含离子液体1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(EMIPF6)、用于锂离子电池的离子液体复合聚合物电解质[P(VdF-HFP)/LiPF₆/EMIPF₆/EC(碳酸乙烯酯)-PC(碳酸丙烯酯)]. 采用热重分析法以及燃烧实验测试了复合聚合物电解质的热稳定性. 离子电导率测试表明, 离子液体的存在显著改善了复合聚合物电解质的离子传输; 循环伏安测试表明, 添加剂EC和PC的加入提高了复合电解质的阴极稳定性, 制得的离子液体复合聚合物电解质在0.3-4.3 V 电压范围内稳定存在. Li₄Ti₅O₁₂ 和LiCoO₂为电极材料、P(VdF-HFP)/LiPF₆/EMIPF₆/EC-PC 为电解质的半电池表现出优良的循环性能, 0.1C充放电倍率下, Li/LiCoO₂和Li/Li₄Ti₅O₁₂半电池的可逆容量分别为130和144 mAh·g^-1. 但EC、PC在一定程度上降低了离子液体复合聚合物电解质的热稳定性.