离子导体电解质的研究进展

传统固体氧化物燃料电池(SOFC)由阴极、阳极和电解质三部分组成。电解质作为SOFC的重要组成部分是离子传输的主要通道。开发具有高离子传导性的电解质是使电池获得良好性能的关键。目前电解质的研究主要集中在氧离子导体、质子导体和混合离子导体三大类。简述了近些年这三类电解质材料的研究进展,综合目前发展低温固体氧化物燃料电池的趋势,对未来电解质的发展前景进行了展望。

单离子导体型聚合物电解质的研究进展

研发一种具有高能量密度、更长循环寿命和更高安全性的固态锂电池,是近几年为下一代电池设定的主要目标之一。传统液态电解质存在易燃、易泄露等缺陷,限制了其在锂离子电池中的应用。聚合物电解质具有更高的安全性能,兼具高可加工性、高柔韧性、低可燃性以及宽电化学窗口等优势,有望替代液态电解质,并在下一代高能量密度储能装置中极具应用潜能。与传统双离子导体聚合物电解质(DICPEs)相比,单离子导体型聚合物电解质(SICPEs)具有高的离子迁移数(tLi+接近1),可有效避免浓差极化的形成,抑制锂枝晶生长。文中总结了近几年SICPEs体系的研究进展,梳理了合成方法、分子结构设计,分析了当前单离子导体体系的主要挑战,并对未来该领域的发展方向进行了展望,为锂离子电池用单离子导体的研究提供技术创新方面的启发。

纤维素溶解-填充法制备纸基/离子导体及湿气产电性能

通过常温DMAc/LiCl全溶解纤维素制备纤维素溶液,将其真空填充多孔性纸张,经溶剂再生、冷冻干燥工艺制备多孔纸基网状模板,通过浸渍LiCl水溶液和冷冻盐析构筑纸基/LiCl-再生纤维素离子导体,探讨了制备工艺与外界条件对材料结构和性能的影响。结果表明:8.0 wt%LiCl盐电解质水溶液,可在多孔性纸张内形成致密的纳米再生纤维素/LiCl网状结构,显著提高吸湿能力(ΔW=0.31 g)及离子电导率(24.6 mS/cm),进而提升湿气产电性能(开路电压为0.67 V,短路电流为135.0μA)。

基于NCO-YSZ半导体-离子导体复合电解质导电率探究

导电率作为验证材料属性的关键步骤,具有十分关键的作用,如助力研究人员了解材料导电性能的同时反映材料内部的结构和缺陷,继而让其更好地对材料进行评估或更有针对性地应用。在此基础上,将研究复合离子导体YSZ与P型半导体Na_(x)CoO_(2),所得到NCO-YSZ半导体-离子导体复合电解质的导电率,为对相关人员降低YSZ基SOFC的操作温度,增加中低温区离子传导率,提供一定思路。

微波固相法合成钠快离子导体Na_5YSi_4O_（12）

应用微波方法合成了固相反应难于制备的Ｎａ_５ＹＳｉ_４Ｏ_（１２）纯相，讨论了微波合成条件对产物的影响．与溶胶－凝胶法相比，微波法反应速率快，选择性强，合成的样品具有特异的聚集态、缺陷和微结构，从而导致离子导电活化能下降．

金属-有机框架材料基固态电解质快离子导体的功能化设计及其在锂金属电池中的应用

固态电池与传统的锂离子电池和液态电池相比,在提高能量密度和安全性方面具有更大的潜力。然而,现有的固态电解质在提升电导率和克服锂枝晶产生等问题时遇到不少挑战。为解决此问题,选用MIL-101(Cr)的金属-有机框架材料(Metal-organic framework,MOF)作为主体材料,将高电导率的有机单体1,3-二氧戊环(DOL)负载在MIL-101(Cr)上,设计制备了一种新型固态电解质。该方法不仅解决了DOL电化学稳定性差的问题,还充分利用了MIL-101(Cr)富含不饱和金属位点的特点,限制了阴离子的自由移动,加速了锂离子的解离过程,从而提升锂离子迁移数。结果表明,MIL-101(Cr)@DOL材料表现出优异的离子电导率(0.92 mS·cm^(-1)),稳定的电化学窗口(4.65 V)和较高的锂离子迁移数(0.57)。此外,使用MIL-101(Cr)@DOL材料组装的Li//LiFePO_(4)电池也表现出了优异的倍率和循环性能,在0.2 C下经过140次循环后放电比容量仍然维持在128.9 mAh·g^(-1),容量保持率达到82.9%。将有机单体DOL负载在MIL-101(Cr)上合成的新型固态电解质的方法,对于开发新型的固态电解质材料和寻找新的离子传导机制起到了启发的作用,为提升锂金属电池性能提供了新的途径和可能性。

高分子快离子导体研究新进展

介绍了一些研究高分子固体电解质的最新思路和方法，也介绍了笔者新研制的一类有机高分子快离子导体，并对其前景和应用作了展望。

快离子导体及其在仪器仪表中的应用

快离子导体是一种固-液两相性的新型功能材料。为了进一步开发应用,目前国内外都在积极地探讨和研究。《快离子导体及其在仪器仪表中的应用》一文着重介绍快离子导体在仪器仪表方面广泛应用以及作者在这一方面的一些工作。

微波场对固态氧离子导体上的甲烷氧化偶朕的影响

研究了微波场下甲烷在具有Bi2O3结构的固态氧离子导体上氧化偶联反应行为．与常规加热条件下的反应结果相比较，微波辐照下的反应有如下特点；（1）在达到相同甲烷转化率时，微波辐照下所需床层温度要远低于常规加热条件下所需床层温度；（2）微波辐照下，甲烷氧化偶联产物中C2烃的选择性普遍较高，在低温区尤为突出．微波场下甲烷偶联产物乙烷、乙烯的再氧化得到一定程度的抑制，致使微波场下的甲烷氧化偶联反应通常有较低的烯／烷比．

新型La_2Mo_2O_9基氧离子导体的研究进展

自2000年Lacorre等人报道La2Mo2O9具有较高的氧离子电导率以来,La2Mo2O9 基氧离子导体由于具有优异的性能而受到人们的关注．本文综述了新型氧离子导体La2Mo2O9 的研究现状．重点介绍了纯La2Mo2O9及其掺杂体系的结构与相变、氧离子电导率、氧空位扩散机理、化学稳定性和热膨胀系数等性能．已有的研究结果表明,基于La2Mo2O9的氧离子导体可望在固体氧化物燃料电池、氧传感器、透氧膜等方面得到应用．

PVDF-LiClO_4高分子快离子导体膜的制备工艺研究

制得了室温离子电导率达６．９４×１０－４Ｓ＼ｃｍ的聚偏氟乙烯－高氯酸锂高分子快离子导体膜，考察了载流子的浓度、添加剂的性质、用量及膜亚微观结构形态、凝聚态性能对其电导率的影响，初步探讨了不同情况下载流子的传导机理，表明了以聚偏氟乙烯为载流子传导基质可望获得性能良好的高分子快离子导体膜。

La_2Mo_2O_9系新型氧离子导体中氧空位扩散的内耗与介电弛豫研究

报道了用内耗和介电弛豫方法研究新型氧离子导体La2-xAxMo2O9(其中,A=Ca,Bi,K;x=0-0.3)的最新结果.结果表明,在内耗-温度谱和介电损耗-温度谱上出现了两个与氧空位短程扩散有关的内耗峰和介电弛豫峰,说明氧空位扩散至少有两个不等同的弛豫过程.掺杂后,两弛豫峰都移向高温,氧空位的扩散激活能增加,高温弛豫峰高度降低而低温弛豫峰略有升高.在适当的掺杂条件下(30％Ca,5％Bi或5％K),低温下的电导率都有不同程度的提高.根据实验结果和晶体结构提出了氧空位(或离子)扩散的物理图像.

快离子导体Li_3V_2(PO_4)_3包覆LiFePO_4的结构和性能

通过机械活化将快离子导体Li3V2(PO4)3包覆在LiFePO4表面,制备了性能优异的复合正极材料9LiFePO4@Li3 V2(PO4)3.用XRD,SEM,HRTEM,EDS和电化学测试等手段研究了材料的物理化学性能.结果表明,包覆后的材料含有橄榄石结构的LiFePO4、单斜晶系的Li3V2(PO4)3和正交晶系的Li3PO4;LiFe-PO4颗粒表面包覆了一层Li3 V2(PO4)3,且部分V3+进入LiFePO4晶格内部,使其晶格参数减小,包覆后的LiFePO4的交换电流密度和锂离子扩散系数均提高了1个数量级.电化学测试结果表明,包覆后的LiFePO4的倍率性能及循环性能都得到显著改善,在1C和2C倍率下,包覆后的LiFePO4的首次放电比容量较包覆前分别提高了34.09%和78.97%,经150次循环后容量保持率分别提高了27.77%和65.54%;并且5C时容量为121.379 mA.h/g(包覆前LiFePO4在5C下几乎没有容量),循环350次后的容量保持率高达94.03%.

电场对含高氯酸锂盐的互穿网络高分子快离子导体的电导的影响

研究了直流电场对含ＬｉＣｌＯ４的聚氧化乙烯（ＰＥＯ）４００与环氧树脂形成的液晶态互穿网格高分子快离子导体的电导率的影响。在室温至９０℃范围内，电导率随外加电压增加而降低。外加电压越高，对电导率变化的影响越大。

矿物锂快离子导体Li_(1+2x)Al_xSc_yNb_yTi_(2-x-2y)Si_xP_(3-x)O_(12)系统的合成与表征

以LiTi2(PO4)3为母体,天然高岭石为起始原料,经高温固相反应制得了一系列新的锂快离子导体材料Li1+2xAlxScyNbyTi2-x-2ySixP3-xO12(以下简称Sc Nb Lisicon)。X射线衍射分析表明x=0.1、x=0.2,y≤0.4;x=0.3,y≤0.25的组成范围内能得到类似于Nasicon的三方结构,即空间点群为R3C的合成物。应用交流阻抗技术测试其电导率,结果表明:x=0.1,y=0.3及x=0.2,y=0.15的合成物在室温下有较高的电导率,分别为1.05×10-4S/cm和2.78×10-4S/cm,二者在573K时的电导率可达8.00×10-3S/cm和7.82×10-3S/cm,同时在423～573K具有较低的活化能,分别为31.4kJ/mol和34.8kJ/mol。

溶胶-凝胶法合成超细锂快离子导体Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3粉体及其表征

以Ti(OC4H9)4、Li(CH3COO).2H2O、Al(NO3).9H2O和NH4H2PO4为原料,采用溶胶-凝胶法合成Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3粉体,并研究热处理温度对粉体结构的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)对制备粉体的结构与性能进行表征。结果表明:溶胶凝胶法可合成纯相LATP粉体,降低热处理温度,且粉体结晶性良好,粒径小于1μm,室温下电导率为1.32×10-3 S/cm,673 K时电导率达到8.94×10-2 S/cm,473～673 K下活化能为31.55 kJ/mol。

高分子固态离子导体及其应用

高分子固态离子导体是功能材料中的一个新品种,并且已经由于它提出的许多有意义的科学问题以及它在全固态电池和许多其它电化学装置中的潜在应用而受到了普遍的关注。本文概述了它的开发以及研究现状,着重论述了它作为一类新的功能材料的结构、特性、应用和材料设计,并提出了作者的一些看法。

钙钛矿型锂快离子导体Li_(3x)La_(0.67-x)CryTi_(1-2y)Nb_yO_3系统的研究

以Li3xLn0.67-xTiO3为母体,通过掺杂经高温固相反应制得一系列新的锂快离子导体材料Li3xLa0.67-xCryTi1-2yNbyO3。X射线衍射分析表明x=0.10和y≤0.10的组成范围内能得到钙钛矿型的固溶体。应用交流阻抗技术测试其电导率,结果表明:系统合成物在室温下有较高的体相电导和总电导分别为10-4S/cm和10-5S/cm,其中在x=0.10和y=0.025具有最大值为3.62×10-4S/cm。同时在298～523K具有较低的体相活化能和总活化能,分别约为13～20kJ/mol和35～38kJ/mol。

多嵌段共聚物磺酸盐离子导体的合成、结构及导电特性

合成了系列环氧乙烷－（对苯二甲酸乙二酯－ＣＯ－间苯二甲酸乙二酯磺酸钠）多嵌段共聚物（ＥＯＴＭ－ＳＯ_３Ｎａ），用ＮＭＲ、ＷＡＸＤ和ＤＳＣ等方法进行了结构表征。ＥＯＴＭ－ＳＯ_３Ｎａ是一种新型的单阳离子导体，室温电导率可达２．３×１０^（－６）Ｓ·ｃｍ（－１）

LaGaO_3基氧离子导体的研究进展

综述了8年来LaGaO3基氧离子导体的发展,分析了掺杂对LaGaO3结构及导电性能的影响,总结了合成方法、应用,指出了存在的问题及解决问题的途径。