聚合物電介質(zhì)

聚合物電解質(zhì)高軍梅楊雪劉彥云組員：楊潔組長：吳美汝聚合物電解質(zhì)不但具有較好的導(dǎo)電性,而且具有高分子材料所特有的質(zhì)量輕、彈性好、易成膜等特點,在一定程度上符合化學(xué)電源質(zhì)輕、安全、高效、環(huán)保的發(fā)展趨勢,因此成為近幾年化學(xué)電源研究和開發(fā)的熱點.僅2007~2009年就有學(xué)者對其進行深入研究,并取得了一定的成果.聚合物電解質(zhì)的發(fā)展簡史Armand等報道了PEO的堿金屬鹽在40~60e時離子電導(dǎo)率達10-5S/cm,且具有良好的成膜性能,可用作鋰離子電池的電解質(zhì)197319751979Wright首次測量了聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽(Mx)絡(luò)合的電導(dǎo)率在PAN2LiX,PVDF2LiX體系中加入塑化劑EC,PC等環(huán)酯制成凝膠聚合物電解質(zhì)(GelSolidPolymerElectrolyteGSPE),發(fā)現(xiàn)離子電導(dǎo)率大大提高Weston和Steele最先把電化學(xué)惰性的無機填料A2Al2O3加入到SPE中,以后各種惰性粉末被應(yīng)用于SPE中,逐漸形成了復(fù)合型聚合物電解質(zhì)體系Gozdz等利P(VDF2HFP)共聚物制備了多孔型聚合物電解質(zhì)20世紀(jì)90年代之后聚合物電解質(zhì)的性能從電化學(xué)角度出發(fā),聚合物電解質(zhì)應(yīng)具備以下7種性能:(1)有較寬的電化學(xué)窗口,在電池過充電及放電過程中具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性,降低充放電時的過電位;(2)為獲得較高的電流密度,聚電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率必須達到10-3S#cm-1,離子遷移數(shù)應(yīng)為1,否則在電極表面將產(chǎn)生濃度梯度而導(dǎo)致極限電流;聚合物電解質(zhì)的性能(3)與電池電極和其他材料結(jié)合時,具有較好的化學(xué)及電化學(xué)相容性;(4)具有較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性;(5)具有一定的機械強度;(6)對環(huán)境無毒;(7)聚合物材料易于合成且具有良好的加工性。目前聚合物電解質(zhì)大致可分為4種：全固態(tài)聚合物電解質(zhì)1凝膠型聚合物電解質(zhì)2多孔型聚合物電解質(zhì)3復(fù)合型聚合物電解質(zhì)4

DSPE是研究最早的一類聚合物電解質(zhì),到目前為止,絕大部分DSPE的離子電導(dǎo)率都比較低，但電化學(xué)穩(wěn)定性和對電極的穩(wěn)定性好.

聚合物電解質(zhì)全固態(tài)1

Ahn等通過研究在PEO/LiC10體系中添加不同尺寸Al2O3對電導(dǎo)率的影響,發(fā)現(xiàn)含有納米尺寸的聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率比含有微米尺寸的要高.此外還發(fā)現(xiàn),無機顆粒的尺寸越小,對聚合物結(jié)晶的抑制越明顯,也越有利于電導(dǎo)率的提高.葉霖等合成了梳形聚醚POE,并與高氯酸鋰復(fù)配制成全固態(tài)聚合物電解質(zhì),并用DSC和XPS分別表征了鏈段運動能力和鋰鹽在POE中的溶解狀態(tài)對電導(dǎo)率的影響.交流阻抗測試表明,當(dāng)POE電解質(zhì)內(nèi)的氧鋰比(O/Li)為20時其電導(dǎo)率最高.聚合物電解質(zhì)凝膠型2

GSPE作為液態(tài)電解質(zhì)與全固態(tài)電解質(zhì)的過渡產(chǎn)物,GSPE集合了固體的柔韌性與液體易擴散的特點,克服了液體電解質(zhì)易在電極表面生成易燃物質(zhì)及漏液的缺點,使電池的設(shè)計更自由.

吳川、潘春花等采用了一種自制新型超支化聚醚(PHEMO)與甲苯2,4-二異氰酸酯(MDI)在電解液中進行縮合反應(yīng),制備了一種具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚氨酯(PEU)型凝膠態(tài)聚合物電解質(zhì).在這種新型的電解質(zhì)中,電解液小分子被聚合物大分子包裹在其中,可有效防止凝膠聚合物電解質(zhì)的漏液問題,從而可提高鋰離子電池的安全性.聚合物電解質(zhì)多孔型3

PSPE是指聚合物本體具有多孔結(jié)構(gòu),增塑劑和鹽存在于聚合物本體孔結(jié)構(gòu)中.

聚合物多孔膜具有較高的孔隙率、較強的液體保持能力及一定的機械強度.PSPE膜的離子電導(dǎo)率一般在100S/cm數(shù)量級.

PSPE是較有希望應(yīng)用于鋰離子電池的一類聚合物電解質(zhì),其離子電導(dǎo)率較接近液體電解質(zhì).另外,使用PSPE也使鋰電池的裝配過程變得相當(dāng)簡單,該技術(shù)的意義在于提供了低成本的設(shè)計和制造新型電池形狀的可能性.PSPE的典型代表是以Belleore技術(shù)制備的PVDF2HFP電解質(zhì)膜.利用Belleore技術(shù)制備的PSPE膜最先應(yīng)用于鋰離子電池實際生產(chǎn)中,并在移動電話和PDA中得到應(yīng)用,這是聚合物鋰離子電池在產(chǎn)業(yè)化方面邁出的重要一步.聚合物電解質(zhì)復(fù)合型4

CSPE按照高分子材料增強理論,在高分子材料中加入某些無機填料,能增強高分子材料的機械性能.研究者把納米粉末應(yīng)用于SPE的研究中,制備CSPE膜.由于所添加的惰性粉末為納米材料,使得SPE膜的性能更穩(wěn)定.

何鐘達、陳艷玲等采用相轉(zhuǎn)換法制備了以丙烯腈(AN)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)為基質(zhì),添加納米SiO2的復(fù)合聚合物電解質(zhì)膜,與空白隔膜相比,復(fù)合隔膜具有較致密的結(jié)構(gòu),有利于提高聚合物的電導(dǎo)率.聚合物鋰離子電池聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池它是在液態(tài)鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代高比能電池體系.是為解決液態(tài)鋰離子電池存在的嚴(yán)重不足而提出的一種全新的概念電池.具有安全性能高、重量輕、容量大、體積小、易塑性高等優(yōu)點,被公認為最具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用市場的電池產(chǎn)品.它代表著鋰電池技術(shù)的最高水平,因此國內(nèi)外各大鋰電池生產(chǎn)廠家及科研機構(gòu)都將它作為研發(fā)的重點.聚合物鋰離子電池藍牙耳機,MP3,MP4,數(shù)碼相機,移動電話,PHS電話，無線鼠標(biāo),手機等.便攜式DVD,筆記本電腦,通信裝置,礦燈,儀器儀表,攝像機,航模車模,電動玩具,電動工具,小型UPS等通信站、電動自行車電動汽車、專用動力設(shè)備UPS等聚合物鋰離子電池的應(yīng)用范圍未來在聚合物鋰離子電池研究中,聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、傳輸機理和基礎(chǔ)研究、電極界面特性及高性能的電池組裝研究將仍是主要關(guān)注的焦點.又稱質(zhì)子交換膜燃料電池,是一種能直接將燃料和氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。

具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好、比能量高(相對于電池)、操作溫度低、啟動快等特點.

開發(fā)具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)能力的質(zhì)子交換膜是關(guān)系這類燃料電池發(fā)展的關(guān)鍵.其應(yīng)用范圍很廣,可用于電動汽車、固定式電源、便攜式移動電源等.聚合物電解質(zhì)膜燃料電池氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗?1世紀(jì)的第1個10年結(jié)束之際，以燃料電池技術(shù)為代表的氫能的開發(fā)和利用已在全球各國取得巨大進展，并開始部分實現(xiàn)商業(yè)化。2010年5月14―15日，第13次國際氫經(jīng)濟和燃料電池伙伴計劃會議（IPHE）在德國埃森召開；隨后，5月16―21日，第18屆世界氫能會議（WHEC）也在埃森舉行。從會議透出的信息顯示，即便在全球遭遇金融危機的情況下，各國持續(xù)開展氫能與燃料電池技術(shù)研究、開發(fā)和商業(yè)化部署的腳步也沒有放緩。

中國科學(xué)技術(shù)部以及同濟大學(xué)、清華大學(xué)等單位派代表出席了這兩個會議。燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀

日本在2009年中，銷售了5000―6000臺家用燃料電池，經(jīng)過1年多的運營，日本的家用燃料電池認可率已經(jīng)達到71％。在美國，固定式燃料電池為燃料電池提供了一個重要的早期市場。2008年，美國安裝了大約50套新的大型固定式燃料電池裝置為用戶提供分布式電源，世界上最大的固定式燃料電池裝置―――4.8MW的站內(nèi)發(fā)電量，就位于美國新的世界貿(mào)易中心大樓內(nèi)；2009年，康涅狄格州公共事業(yè)委員會已批準(zhǔn)要建立9座熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電廠，發(fā)