聚合物電介質

聚合物電解質高軍梅楊雪劉彥云組員：楊潔組長：吳美汝聚合物電解質不但具有較好的導電性,而且具有高分子材料所特有的質量輕、彈性好、易成膜等特點,在一定程度上符合化學電源質輕、安全、高效、環(huán)保的發(fā)展趨勢,因此成為近幾年化學電源研究和開發(fā)的熱點.僅2007~2009年就有學者對其進行深入研究,并取得了一定的成果.聚合物電解質的發(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197319751979Wright首次測量了聚氧乙烯(PEO)與堿金屬鹽(Mx)絡合的電導率在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(GelSolidPolymerElectrolyteGSPE),發(fā)現離子電導率大大提高Weston和Steele最先把電化學惰性的無機填料A2Al2O3加入到SPE中,以后各種惰性粉末被應用于SPE中,逐漸形成了復合型聚合物電解質體系Gozdz等利P(VDF2HFP)共聚物制備了多孔型聚合物電解質20世紀90年代之后聚合物電解質的性能從電化學角度出發(fā),聚合物電解質應具備以下7種性能:(1)有較寬的電化學窗口,在電池過充電及放電過程中具有較好的電化學穩(wěn)定性,降低充放電時的過電位;(2)為獲得較高的電流密度,聚電解質的室溫電導率必須達到10-3S#cm-1,離子遷移數應為1,否則在電極表面將產生濃度梯度而導致極限電流;聚合物電解質的性能(3)與電池電極和其他材料結合時,具有較好的化學及電化學相容性;(4)具有較好的熱力學穩(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。目前聚合物電解質大致可分為4種：全固態(tài)聚合物電解質1凝膠型聚合物電解質2多孔型聚合物電解質3復合型聚合物電解質4

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

聚合物電解質全固態(tài)1

Ahn等通過研究在PEO/LiC10體系中添加不同尺寸Al2O3對電導率的影響,發(fā)現含有納米尺寸的聚合物電解質的電導率比含有微米尺寸的要高.此外還發(fā)現,無機顆粒的尺寸越小,對聚合物結晶的抑制越明顯,也越有利于電導率的提高.葉霖等合成了梳形聚醚POE,并與高氯酸鋰復配制成全固態(tài)聚合物電解質,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)對電導率的影響.交流阻抗測試表明,當POE電解質內的氧鋰比(O/Li)為20時其電導率最高.聚合物電解質凝膠型2

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

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,制備了一種具有交聯網狀結構的聚氨酯(PEU)型凝膠態(tài)聚合物電解質.在這種新型的電解質中,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.聚合物電解質多孔型3

PSPE是指聚合物本體具有多孔結構,增塑劑和鹽存在于聚合物本體孔結構中.

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膜的離子電導率一般在100S/cm數量級.

PSPE是較有希望應用于鋰離子電池的一類聚合物電解質,其離子電導率較接近液體電解質.另外,使用PSPE也使鋰電池的裝配過程變得相當簡單,該技術的意義在于提供了低成本的設計和制造新型電池形狀的可能性.PSPE的典型代表是以Belleore技術制備的PVDF2HFP電解質膜.利用Belleore技術制備的PSPE膜最先應用于鋰離子電池實際生產中,并在移動電話和PDA中得到應用,這是聚合物鋰離子電池在產業(yè)化方面邁出的重要一步.聚合物電解質復合型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、陳艷玲等采用相轉換法制備了以丙烯腈(AN)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)為基質,添加納米SiO2的復合聚合物電解質膜,與空白隔膜相比,復合隔膜具有較致密的結構,有利于提高聚合物的電導率.聚合物鋰離子電池聚合物電解質的應用聚合物電解質膜燃料電池它是在液態(tài)鋰離子電池基礎上發(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檬袌龅碾姵禺a品.它代表著鋰電池技術的最高水平,因此國內外各大鋰電池生產廠家及科研機構都將它作為研發(fā)的重點.聚合物鋰離子電池藍牙耳機,MP3,MP4,數碼相機,移動電話,PHS電話，無線鼠標,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、專用動力設備UPS等聚合物鋰離子電池的應用范圍未來在聚合物鋰離子電池研究中,聚合物電解質的結構、傳輸機理和基礎研究、電極界面特性及高性能的電池組裝研究將仍是主要關注的焦點.又稱質子交換膜燃料電池,是一種能直接將燃料和氧化劑中的化學能轉化為電能的電化學裝置。

具有能量轉換效率高、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)具有高的質子傳導能力的質子交換膜是關系這類燃料電池發(fā)展的關鍵.其應用范圍很廣,可用于電動汽車、固定式電源、便攜式移動電源等.聚合物電解質膜燃料電池氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，?1世紀的第1個10年結束之際，以燃料電池技術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，并開始部分實現商業(yè)化。2010年5月14―15日，第13次國際氫經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研究、開發(fā)和商業(yè)化部署的腳步也沒有放緩。

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

日本在2009年中，銷售了5000―6000臺家用燃料電池，經過1年多的運營，日本的家用燃料電池認可率已經達到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的站內發(fā)電量，就位于美國新的世界貿易中心大樓內；2009年，康涅狄格州公共事業(yè)委員會已批準要建立9座熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電廠，發(fā)