聚合物人工固体电解质界面层的研究进展

锂金属负极因具有极高的比容量(3860 mAh/g)和低电化学电势(-3.04 V),成为可充电电池领域的研究热点。然而,锂金属的不稳定性会促使枝晶形成,在充放电过程中发生不可控的界面反应,导致生成的固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)层不稳定,进而影响电池循环寿命。通过锂金属负极表面引入聚合物人工SEI(ASEI),改善机械性能和电化学性能,从而制备长循环寿命和高能量密度的锂金属电池(LMBs)。聚合物具有灵活度高及结构可设计等特点,是人工SEI的理想材料。概述了人工SEI的性质及作用,根据聚合物官能团类型和所起作用,系统总结了聚合物人工SEI的研究进展,并对未来的研究方向和发展前景作出展望。

金属支撑型固体氧化物电解池的3D建模与性能分析

建立了一种铈基电解质的金属支撑型固体氧化物电解池的三维模型,通过多物理场耦合分析了其电化学工作性能.设计的3层电解质结构为10Sc1CeSZ|GDC|10Sc1CeSZ,以GDC为主电解质.针对连接体、流体域和多层单电池结构建立了三维模型,将质量、动量、能量控制方程与物质输运方程和电化学反应耦合建立多物理场分析模型.研究了设计的金属支撑型固体氧化物电解池的电化学工作性能,详细分析了电池内部的速度场、浓度场和温度场分布.结果表明,设计的金属支撑型固体氧化物电解池在650℃下,电流密度为2.4 A/cm^(2)时,电压损失为0.38 V,欧姆损失和极化损失分别占33.72%和66.28%.采用金属支撑对气体的输运仅有轻微的影响,但是整个电池内部的温度分布均匀性得到明显改善.

阻燃聚合物电解质高稳定锂负极界面研究进展

为高效发挥阻燃聚合物电解质所具备的轻质、柔性、固-固界面相容性好等优势,推动电化学能源存储体系向安全可靠的全固态转型,基于锂离子(Li^(+))配位团簇结构复杂等特点,分析分子间通过竞争作用调控阻燃聚合物电解质衍生的固体电解质界面膜(SEI)所面临的挑战,综述国内外阻燃聚合物电解质高稳定性界面构筑、锂离子配位结构设计、离子输运机制、界面热稳定性等方面的研究进展,预测聚合物电解质内部分子间作用主导调控的Li^(+)配位结构在提高锂金属-电解质稳定性领域的应用前景,展望未来全固态锂金属电池中阻燃聚合物电解质的研究发展方向。研究结果表明:调控Li^(+)配位团簇结构是提高锂金属负极/阻燃聚合物电解质界面稳定性的关键。研究结果可为全固态锂金属电池实际应用提供界面设计参考。

固体聚合物电解质水电解池电极的优化研究

目前固体聚合物电解质(SPE)水电解池的膜电极催化层中各组分的配比普遍以全氟磺酸树脂(Nafion)与催化剂的质量百分比来表征,但是由于催化剂的堆密度不同,对于不同的催化剂如果沿用相同的质量配比会造成催化层中Nafion含量的失调,影响电极的质子与电子传导能力。研究了以Nafion与催化剂的体积比来表征电极催化层的组分配比和结构,并利用交流阻抗、循环伏安、极化曲线等电化学测试方法,对其体积比进行了最优化研究。结果表明,Nafion与阳极催化剂(Pt黑与IrO2混合物)的体积比1∶10时水电解的性能最佳。

固体聚合物电解质水电解池用阳极气体扩散层

采用刷涂法在钛网基体上制备扩散层,结合固体聚合物电解质(SPE)水电解池中的交流阻抗及极化曲线测试,探讨浆料中PVDF、PTFE和锑掺杂二氧化锡(ATO)配比对阳极扩散层厚度、阻值、孔隙率、疏水性和单体电池性能的影响。PVDF与PTFE添加量的增加,使阳极扩散层的厚度增加、阻值增大、孔隙率下降及疏水性增强;PVDF对阻值、孔隙率的影响更大。合理的m(ATO)∶m(PVDF)∶m(PTFE)为15∶1∶2,在常压、80℃下,电流密度为1 A/cm2时,槽压仅为1.59 V。

固体聚合物电解池分离氚的理论分析

水电解是氢同位素分离的一种有效方式,固体聚合物电解池(SPE)因具有高电流密度、低液体滞留等特点而备受青睐。为了完成SPE氚分离系统的工程设计与建造,本文针对由氢和不同阴极材料组成的SPE,在其分离氚的机理上,对水与二元氢化物之间的氢同位素交换反应进行了分析,利用归一配分函数和同位素两相分布理论计算了同位素交换反应的平衡常数和分离因子。结果表明:采用316L不锈钢和镍作为阴极的SPE,其分离因子的计算值与文献实验值较为符合,而碳阴极SPE分离因子的计算值远小于文献实验值。

聚碳酸酯基聚合物电解质及其改性研究进展

锂离子电池具有能量密度高、工作电压宽、循环寿命长、环境友好等优点,已被广泛用于移动电子设备和电动车等领域.为克服液态锂离子电池存在的缺陷和安全隐患等问题,用全固态电解质代替液态电解质制备的固态锂电池不含有机溶剂,并且其能量密度和循环寿命等具有较大的提升空间,受到研究者们的广泛关注.作为一种固体聚合物聚电解质,聚碳酸酯类固体聚合物电解质主链结构中含有强极性碳酸酯基团且室温呈无定形态,其介电常数高、尺寸稳定性好,有利于提高固体聚合物电解质的离子电导率和电化学窗口,被认为是很有应用前景的固体聚合物电解质.本文介绍了聚碳酸酯基固体聚合物电解质的导电机理,总结和评述了近年来国内外聚碳酸酯基聚合物电解质的改性研究进展,并展望了该研究领域的发展方向.

固体氧化物电解池材料发展现状与展望

氢气具有能量密度高、清洁无污染的优点,被认为是符合低碳发展的战略能源。利用风、光、水等可再生电能转换成化学能的方式进行电解制氢已成为主要的绿色制氢方式。目前电解水技术主要包括碱水电解技术(AWE)、质子交换膜电解水技术(PEM)和固体氧化物电解水技术(SOEC)等,其中SOEC效率高、无需使用贵金属催化剂,是高效大规模制氢的首选。SOEC在高温下运行,要求所用材料在高温下具有高导电性和稳定性等特点,同时不同部件所用材料应与热膨胀系数匹配、具有良好相容性,因此从材料方面总结了SOEC阴极、阳极、电解质3种关键部件的材料研究现状。目前阴极材料主要为金属陶瓷和钙钛矿型陶瓷2类材料,阴极高温高湿环境易导致金属陶瓷类材料失活,在长期运行中存在金属的氧化、损失、团聚等问题,因此讨论了制备复合电极、增加阻挡层、制备精细多孔结构等提高金属陶瓷材料稳定性的方法,简述了钙钛矿型陶瓷类材料存在的低催化活性等问题,并介绍了如掺杂过渡、金属原位溶出、负载活性金属纳米粒子等方法以提高材料性能;阳极材料主要为钙钛矿类材料,主要阐述了阳极运行中性能下降的因素,如长期运行过程中分层、裂纹等问题导致阳极材料长期稳定性较差,并讨论了增加阻挡层、循环操作、制备具有高电导率和催化活性的钙钛矿材料等方法,提高阳极稳定性;电解质材料主要由萤石型或钙钛矿类材料组成,重点介绍了制备高电导率材料、薄膜化工艺2种方案降低其阻抗。并对SOEC商业化现状进行介绍,SOEC目前还处于起步阶段,但随研究不断深入,其性能逐步提升,美国、欧盟等发达国家均在积极布局SOEC的商业化应用。最后结合材料发展现状对SOEC的商业化应用前景进行了讨论与展望。

聚合物固体电解质中的离子状态与导电机理的研究

制备得到了一种新颖的聚氨酯和丙烯酸酯复合梳形交联聚合物 (Combcross linkedpolymer) ,并以此聚合物为基体加入不同含量的高氯酸锂盐制得一系列聚合物固体电解质 ,其室温电导率可以达到 3 4× 10 - 5S·cm- 1 .通过Raman、DSC、SEM及电性能等研究了电解质中的盐浓度与离子存在状态及离子电导率之间的关系 .结果显示随着盐浓度的增加 ,聚合物固体电解质中离子对的比例和电导率都迅速增加 ,说明离子对 (由多个醚氧原子、阴离子和阳离子组成 )对体系导电起着积极的作用 .

固体聚合物电解质燃料电池的研究

报道了固体聚合物电解质燃料电池的电极制备方法和温度、压力以及阴极气量对电池性能的影响．

固体聚合物电解质水电解器的设计与实验

目的实现固体聚合物电解质水电解技术的工程化,解决这一技术在工程实施中存在的问题,使其满足密闭环境供氧设备的要求。方法电解池组采用阳极供水与压滤机组装的方式,针对水电解池供水与供电的要求,设计了电解池的极板以及集电板,并对极板进行了轻量化设计,组装了3套样机。结果在75℃、电流密度0.6A/cm2条件下,小池平均电解电压低于1.75V;在密闭舱内3人62d的试验考核中,水电解池堆运行稳定,产生的气体O2纯度高于99.5%;集成120个单电池的水电解器,能稳定输出压力为1MPa、流量为1 523L/h的O2。结论水电解器的设计合理、极板轻量化设计可行,基本解决固体聚合物电解质水电解技术工程化应用中的技术问题,满足密闭环境对水电解器的性能要求。

锂离子电池用聚合物固体电解质的新进展

综述了锂离子电池用聚合物固体电解质方面的进展。

聚合物固体电解质基体的研究进展

综述了聚合物固体电解质基体的设计原理、分类和研究进展,并对今后在聚合物基体设计方面的研究前景作了展望。

液晶离聚物/PEO固体聚合物电解质的研究

采用溶液铸膜法制备了含磺酸离子液晶离聚物(LCI)-PEO-高氯酸锂全固态聚合物电解质(SPE)。运用扫描电镜、数字显微镜、差示扫描量热法(DSC)、拉伸测试和交流阻抗对复合电解质膜的性能进行了表征,研究了液晶离聚物(LCI)对电解质结晶度、力学性能以及电导率的影响。结果表明,液晶离聚物(LCI)的加入虽然增加了聚合物电解质的结晶度,但是提高了电导率。当液晶离聚物(LCI)含量为3%时,电解质的室温电导率达最大值,为1.30×10-5S/cm。

纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展

综述了纳米复合型聚合物电解质材料研究工作的基本情况。着重介绍了以聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚磷腈等为聚合物基体的纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展,并对其研究前景做了展望。

多孔状聚合物固体电解质膜的制备与性能

采用微波热交联技术制备出了多孔状的PVDF/PMMA(聚偏氟乙烯 /聚甲基丙烯酸甲酯 )共混的固体电解质薄膜材料 ,电性能测试表明该固体电解质薄膜在室温下的电导率可达到 2 .0 5× 10 -3 S·cm-1,并具有良好的机械性能。用电导率、扫描电镜、X射线衍射和差热分析技术对该膜进行了分析 ,结果表明把PMMA掺入PVDF体系的固态电解质可以明显改善PVDF体系的固态电解质的强度 ,增加其柔韧性 ,同时也可以提高该固体电解质与电解液的亲合力 ,从而提高其吸液和保液的能力。

大电流密度固体聚合物电解质水电解电极材料研究

目的研究大电流密度下,电极材料对质子交换膜水电解器性能的影响。方法分析了高电流密度条件下,影响质子交换膜水电解器功率效率与稳定性的主要原因,研制了金属氧化物电极。结果利用金属氧化物电极,实现槽压保持1.8 V时,实验用电解池工作电流密度达到1.5 A/cm2、实用电解池工作电流密度达到1.1 A/cm2、并能保持性能长期稳定的目标结果。结论复合氧化物材料替代铂合金电极材料使得水电解器的大电流工作性能、低温启动性能、稳定性能都有了很大程度的提高。

聚合物锂离子蓄电池室温固体电解质的研制

选用聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)作主体高分子 ,以LiClO4为碱金属盐 ,加入PC增塑剂 ,制备了聚合物电解质。该方法简单实用 ,得到的膜为无定形高分子。当n(PVB)∶n(LiClO4)∶n(PC) =5∶1∶3(摩尔比 )时 ,电导率为 7.8× 10 - 4 S·cm- 1 。运用XRD、DSC、交流阻抗等测试手段 ,对影响聚合物电导率的因素作了初步探讨。电导率随着锂盐浓度的增加 ,呈现先增后减的趋势 ,当n(PVB)∶n(LiClO4) =5∶1时 ,电导率达到最大值。电导率同时也受到增塑剂的影响 ,当n(增塑剂 )∶n(锂盐 ) =3∶1时 ,电导率较高。电导率与温度的关系符合Arrhenius公式 ,聚合物电解质的活化能为 59.

聚氨酯/超支化聚醚磺酸盐固体聚合物电解质的研究

合成了超支化聚缩水甘油 (HPG)和聚氧化乙烯聚氨酯 (PEU) ,并对 HPG进行进一步的磺化和成盐 ,得到了超支化聚缩水甘油磺酸盐 (SHPG) ,将 SHPG与 PEU共混得到了准单离子型聚合物固体电解质。利用红外光谱、DSC、TGA和复阻抗谱分析等对样品进行了表征。实验结果表明 ,SHPG的含量为30 %～ 4 0 % (质量 )时 ,PEU/ SHPG聚合物固体电解质的室温 (2 5℃ )电导率 σ达到 6× 10 -6S/ cm。

聚吡咯/聚合物固体电解质双层复合膜研究

在聚合物固体电解质 (聚乙二醇不饱和聚酯网络 -LiClO4 )中进行吡咯电化学聚合原位制得了聚吡咯 /聚合物固体电解质双层复合膜。用扫描电镜观察复合膜的界面结构 ,用循环伏安和交流阻抗法研究了复合膜的电化学掺杂脱掺杂性能。结果表明 ,聚吡咯 /聚合物固体电解质双层复合膜具有相互穿插渗透的固 /固密接界面结构 ,这种界面结构改善了聚吡咯和聚合物固体电解质间的界面接触 ,提高了聚吡咯在聚合物固体电解质中的电化学掺杂脱掺杂性能。