工艺因素对地质胶凝聚合物力学性能的影响

以高岭土为主要原料,以工业硅酸钠和氢氧化钠作激活剂,制备了地质胶凝聚合物。研究了硅酸钠用量、氢氧化钠用量、水用量、养护温度和养护时间等工艺因素对样品力学性能的影响。实验结果表明:以100g高岭土为原料,激活剂硅酸钠和氢氧化钠的用量分别为40ml和320g,加水量为21ml,在温度80℃养护5h,所得制品14d后抗压强度高达54.1MPa。并借助XRD衍射和红外光谱(IR)等测试方法分析了地质胶凝聚合反应的机理。

微生物对胶凝聚合物的作用

一种用微生物生产胶凝聚合物的工艺正在兴起，该生物聚合物在岩心驱替试验中被用于渗透率调节。将碱性卡德林生物聚合物溶液与嗜碱性产酸细菌及其培养基混合后，注入贝雷砂岩岩心。同时以岩心外的摇瓶培养作为对照。２７Ｃ培养２－５天后，摇瓶中的聚合物形成了坚硬的凝胶体。培养７天后，聚合物在岩心中开始流动时所需的压力可达２５－３５磅／英寸＾２。岩心渗透率从８５２毫达西下降到２．９９毫达西、从９０４毫达西下降到４．

非均质油藏堵水强化颗粒凝胶聚合物的合成及性能评价

在油田开发中,颗粒凝胶可用于堵水,以控制含水和封堵高渗层窜流,从而提高采收率。研究了纳米蒙脱土(Na-MMT)黏土在增强预成型颗粒凝胶(R-PPGs)中的强化作用。以丙烯酰胺为单体、N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂、过硫酸钾(KPS)为还原剂、纳米Na-MMT为强化材料,合成了R-PPGs。采用X射线衍射、核磁共振、场发射扫描电镜和能量色散X射线能谱对合成的R-PPG进行了物理和化学表征。研究结果表明:Na-MMT黏土的平均粒径约为(368±20)nm,纳米黏土对PPG的基体有强化效果,δ=179.90和δ=41.89处始观察到2个峰对应酰胺基的羰基和脂肪族基团。纳米黏土强化PPG中有致密网状结构,其热稳定性较好。

凝胶聚合物电解质用于锂离子电池的研究进展

电解质在电化学储能中起着至关重要的作用。在锂离子电池(LIB)中,液体电解质(LE)在几十年的发展中表现出了优异的性能,如高的离子电导率(10-3 S/cm)和与电极良好的接触。然而,LE中的安全问题以及由枝晶生长引起的性能退化严重阻碍了LIB的实际应用。因此,聚合物电解质(PE)有望取代LE。固体聚合物电解质(SPE)虽然有很好的安全性和机械性能,但其受温度限制,离子电导率较低,且与电极接触较差,电池循环性较差。凝胶聚合物电解质(GPE)结合两者的优点,被认为是现有有机液体电解质的有效替代品,它可以用来制造更安全的锂电池。对现有聚合物基体的交联、共聚和混合改性——能够提高电解质的电化学性能的方法进行了综述。同时也对GPE在LIB中的最新研究进展进行了综述,并介绍了新型生物基凝胶电解质基体。最后,展望了制造性能优异的基于GPEs的LIB电池面临的挑战和发展方向。

聚乙烯醇基凝胶聚合物电解质的制备及在锌离子混合电容器中的应用

锌离子混合电容器(ZIHC)兼有电池高能量密度和电容器高功率密度的特点,是下一代能源存储设备的有力竞争者,但电池型阴极-电容型阳极ZIHC的研究中使用的多为电解质溶液,容易泄漏而导致安全风险。针对这一问题,文中以纤维素、羟乙基纤维素和聚乙烯醇为原料,通过冷冻-解冻和电解液吸收的方法,快速制备了具有蜂巢状的三维网络形貌的凝胶聚合物电解质(GPE)。优化的GPE不仅具有良好力学性能(拉伸强度0.24 MPa、断裂伸长率289%),而且表现出较高的离子电导率(58.5 mS/cm)。使用GPE、二氧化锰阴极和活性炭阳极组成的ZIHC,其比电容和能量密度分别为31.5 F/g和15.0 Wh/kg,2 A/g充放电循环1.5×104次后比电容保持率约80%,展示出GPE在ZIHC领域中潜在的应用价值。原料环保和方便快捷的制备方法为能量存储和柔性可穿戴电子领域应用的GPE研究提供了新的思路。

阻燃凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究

本工作采用原位聚合工艺制备阻燃凝胶聚合物电解质,将1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(HFE)引入电解质体系中,在提高电解质的阻燃性能的同时,还可以通过调节多硫化物的溶解程度来抑制锂硫电池的“穿梭效应”。对比未添加HFE(HFE-0)和添加不同含量HFE的电解质的阻燃性能和电化学性能发现,DOL、DME和HFE体积比为1∶0.5∶0.5时(HFE-0.5)凝胶聚合物电解质具有最优的阻燃性能和电化学性能。通过扫描电子显微镜(SEM)和电化学技术等表征测试手段,对比分析了使用HFE-0和HFE-0.5电解质的锂硫电池和磷酸铁锂电池的电化学性能及其相应的锂负极在循环后的表面形貌,结果表明,使用HFE-0.5电解质的锂硫电池在0.1 C的倍率下循环100圈后仍可保持706 mAh/g的放电比容量,容量保持率达到84.59%,循环性能明显优于未添加HFE的电解质。此外,使用HFE-0.5电解质的磷酸铁锂电池在0.2 C的倍率下循环110圈后的放电比容量仍可达到117.2 mAh/g,说明所制备的凝胶聚合物电解质也可适用于磷酸铁锂电池体系。本文设计的阻燃凝胶聚合物电解质有助于推动锂硫电池的发展和应用。

阻燃型凝胶聚合物电解质在碱金属电池中的研究进展

阻燃型凝胶聚合物电解质不仅具有良好的枝晶抑制作用,还具有不易泄漏、不可燃等高安全特性,可有效解决热失控或机械冲击等造成的安全隐患,在碱金属电池中具有重要应用前景。该文综述了阻燃型凝胶聚合物电解质在碱金属电池(涉及锂、钠、铝、锌等)中的研究进展。该文首先讨论了凝胶聚合物电解质的阻燃机理;其次,总结了阻燃型凝胶聚合物电解质的常用制备方法;再次,论述了不同类别阻燃型凝胶聚合物电解质在不同碱金属电池体系中的应用状况;最后,提出了目前存在的挑战和未来可能的发展方向。

聚合物凝胶堵漏剂配方及其在高原铁路超深水平孔中的应用进展

高原铁路横穿藏东南缘,区域岩性复杂多变,岩体强度以及完整程度差异极大,致使线路勘察异常艰难。在开展的超深水平定向孔钻探勘察中,孔内漏失、掉块严重,严重影响钻探进度。分析认为,漏失通道大,水泥浆、PAM+SZ803高分子堵漏剂等传统堵漏材料径向渗透力弱、凝结性差和提下钻时的抽汲作用等多因素,共同导致掉块卡钻、坍塌埋钻、漏失、钻孔弯曲等井下复杂现象发生。为解决水平孔超深部裂缝性漏失问题,利用聚合物凝胶自由交联作用机理,合成一种新型聚合物凝胶堵漏剂。通过实验测试配方中交联剂、延缓剂(GH-8)、羧甲基纤维素的含量以及温度对成胶黏度、成胶时间影响,当聚乙烯醇3%、硼砂2%,羧甲基纤维素0.3%、GH-80.6%,交联温度30~45℃时,成胶时间74~91 min,成胶黏度247400~254400 mPa·s,符合生产需求。承压封堵模拟实验研究表明,加入3%木屑后承压能力还可提高47%,漏失量减少30%以上。生产试验表明,本凝胶堵漏剂配方可有效解决裂缝性漏失问题,护壁效果明显,具有很好的推广应用前景。

PMMA基凝胶聚合物电解质在石墨/LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_(2)电池中的研究

凝胶聚合物电解质(GPE)是当前最具商业化应用前景之一的准固态电解质,可以缓解甚至解决锂离子电池存在的漏液、挥发、燃烧等潜在安全问题。本文通过高温原位固化技术制备了一种以甲基丙烯酸甲酯为单体、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、双(氟磺酰)亚胺锂为导电盐、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯混合溶剂为增塑剂的GPE。通过热重分析对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基GPE的热力学性质进行了表征,采用计时安培法和电子扫描显微镜研究了PMMA基GPE对Al集流体的稳定性。研究结果表明,PMMA基GPE在室温拥有较高的电导率,达到6.61 mS/cm,同时可以将碳酸酯电解液的挥发温度由100.3℃提高至138.1℃。PMMA基GPE在高电位下对Al箔显示出良好的稳定性,4.3 V vs.Li/Li+以下不会发生铝箔腐蚀,而且在商用石墨/LiNi_(0.8)Mn_(0.1)Co_(0.1)O_(2)软包电池中展现出良好的循环稳定性和容量保持能力,循环1000次后容量保持率为93.4%。

纳米二氧化硅强化聚合物凝胶对高温地层水的控制能力

聚合物凝胶堵水是适用于非均质油藏堵水的常用方法。在恶劣的储层条件下聚合物凝胶系统的凝胶网络结构和交联时间容易受到影响。向其中添加纳米二氧化硅是一种有效的强化措施。介绍了纳米二氧化硅增强聚合物凝胶的黏度、胶凝时间、胶凝强度以及在岩心中的堵水性能。结果显示,添加0.5%的纳米二氧化硅能够帮助凝胶弥补因高温和高矿化度而导致黏度损失,有效延长了聚合物凝胶的胶凝时间,提高了凝胶网络结构的热稳定性。在高温条件下,相比于单一聚合物凝胶的堵水性能,复合聚合物凝胶拥有更高的承压能力。

碳酸盐岩油藏聚合物凝胶调堵体系的性能评价及应用

针对碳酸盐岩油藏经过长期注水开发后波及效率降低、水窜严重、提高采收率效果差的难题,提出利用流道调整配合注水开发的方法,研发耐温耐盐聚合物凝胶调堵体系,考察其在高温高盐油藏条件下的应用性能。根据油藏条件及剩余油情况分析耐温耐盐聚合物整体调堵可行性。结果表明:体系耐温可达140℃,耐盐2.36×10^(5) mg/L,岩心封堵率为95.21%;采用“两头封堵”(即注水井与采油井同步作业)措施后,含水率由100%下降至50%;施工前、后相同生产时间累积增油800 t,平均日增油5.5 t。

耐高温聚合物凝胶调剖体系研究及应用

基于渤海某高温储层条件,通过静态实验优选出耐温凝胶体系TRP,利用岩心驱替实验对凝胶体系的封堵性能进行了评价。结果表明:TRP凝胶体系具有良好的成胶强度及热稳定性,110℃老化90 d后可维持稳定;TRP凝胶体系在多孔介质中具有良好的剖面改善能力,在渗透率级差20的条件下可有效启动低渗层,110℃室内岩心驱替实验条件提高原油采收率13.9%;TRP凝胶体系具有良好的深部运移能力,在长岩心驱替实验中可实现逐点起压,在岩心深部维持良好的封堵性能。采用TRP凝胶体系在渤海某高温油藏A井组实施调剖作业,作业有效期超过8个月,累计增油超9 000 m^(3)。

高温油藏聚合物凝胶的制备及其暂堵性能

为满足高温油藏作业中对暂堵剂耐高温性能的要求,简化解堵的工艺流程,以多聚甲醛和聚醚胺为原料,利用无机盐的催化作用在高温下形成聚合物凝胶。研究了温度和组成对该聚合物凝胶成胶时间的影响,并通过机械压缩实验和岩心驱替实验评价了聚合物凝胶的力学性能和封堵性能。结果表明,胶液中溶剂、多聚甲醛和聚醚胺含量对成胶时间的影响较小,而温度和无机盐的影响较大。随着温度由100℃增加至160℃,聚合物凝胶的成胶时间逐渐减少。当温度为140℃时,加入氯化锌、氯化钙、硫酸铁铵和氯化镉的聚合物凝胶的成胶时间分别为65、50、25、20 min。在3.57 MPa下,该凝胶经循环机械施压后仍具有优异的机械强度。在140℃老化10d后,凝胶稳定性良好,机械强度保持率大于95%。岩心驱替实验表明,此凝胶封堵压力高达5.08 MPa,突破压力梯度达84.00 MPa/m,具有优异的封堵性能。使用质量分数为10%的盐酸可在4 h内破胶,破胶后岩心渗透率大于初始渗透率。破胶液的临界胶束浓度c_(cmc)为200 mg/L,γ_(cmc)为29.80 mN/m,具有较好的表面活性,易于返排也可提高洗油效率。所制备的耐高温暂堵剂与常规暂堵剂相比在暂堵性能上具有较大优势,通过与酸化或酸洗等工艺结合可达到破胶的目的,此外破胶液具有的高表面活性有助于其他采油工艺。

锂硫电池用凝胶聚合物电解质的研究进展

锂硫电池因其高达2600 Wh/kg的理论能量密度、低廉的成本和对环境相对更高的友好性,成为最有望替代传统锂离子电池的候选者之一。凝胶聚合物电解质在锂硫电池中的应用,解决了全固态聚合物电解质带来的离子电导率差和界面阻抗大等问题,同时能够抑制传统液态锂硫电池中多硫化物的“穿梭效应”,提高电池的安全性,在电解质研究中日益受到青睐。从结构和性能方面总结了近年来凝胶聚合物电解质在锂硫电池中的研究成果,最后,展望了制备高性能准固态锂硫电池面临的挑战和发展方向。

原位聚合高电压凝胶聚合物电解质及其性能研究

以碳酸亚乙烯酯(VC)为聚合单体,采用丁二腈(SN)增塑剂提高聚合物电解质耐高电压性能,通过加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN),利用原位聚合方法制备了可耐受4.9 V高电压的凝胶聚合物电解质(GPE),并将其应用于高电压镍锰酸锂/锂电池。通过调控SN与VC的比例,研究了SN含量对电解质性能的影响。研究结果表明,耐高电压SN增塑剂的引入显著提高了电解质的电化学窗口,其中,含10%SN的GPE的室温离子电导率达3.54×10^(-4)S/cm,电化学窗口0~4.9 V,同时,所合成的凝胶电解质对金属锂负极具有良好的稳定性,合成的聚合物电解质能够兼顾正、负极侧的稳定性,提高电池的循环性能,镍锰酸锂/GPE/锂电池在1 C下循环500次后,容量保持率为94.3%。本工作展示了丁二腈基耐高电压凝胶聚合物电解质在高电压锂离子电池中良好的应用前景。

阻燃凝胶聚合物电解质的制备及其在高安全锂离子电池中的应用

随着锂离子电池能量密度的不断提高,火灾事故愈发频繁,提高锂离子电池安全性能越来越受到重视。基于乙烯基膦酸二乙酯、季戊四醇四丙烯酸酯和商业电解液合成了阻燃凝胶聚合物电解质(DEVP-GPE),并对其组装的锂离子电池开展了电化学性能和火安全性能的研究。循环测试表明,石墨//DEVP-GPE//Li半电池在第1000圈时的容量维持率高达88.7%,明显高于商业电解液(25.8%),磷酸铁锂//DEVP-GPE//石墨全电池在0.5 C倍率下循环100次的容量维持率高达80.2%,平均库仑效率为99.73%,具有良好的循环稳定性。火焰燃烧测试结果表明,含磷DEVP-GPE的自熄时间仅为1.5 s。1 Ah容量级别袋式全电池的过热测试结果表明,阻燃型DEVP-GPE不起火只冒烟,而且不漏液。以上结果均证明制备的DEVP-GPE具有良好的火安全性能。通过对电解质热解过程的分析,含磷DEVP-GPE能够很好地限制内部电解液的挥发和热解,并且在燃烧时释放出磷自由基以中断燃烧链式反应。

聚合物离子凝胶基体体系、改性方法及应用研究进展

聚合物离子凝胶是一种由离子液体(IL)和聚合物基质构成的新型凝胶体系,具有优异的可拉伸性、较高的电导率和较好的稳定性,在柔性电子产品领域具有广阔的应用空间,备受国内外研究者关注。通过调研整理近年来相关领域的研究进展,本文综述了聚合物离子凝胶材料的基质分类,讨论了导电水凝胶的改性方法,阐述了离子凝胶在相关领域的应用,并在此基础上总结展望了聚合物离子凝胶面临的挑战与未来的发展方向。指出开发具有优异力学性能、高电导率、可降解的离子凝胶是未来研究的重点。同时,提高离子凝胶的环境稳定性,降低离子凝胶的制备成本是实际应用中亟须解决的难题。离子凝胶的制备与应用研究将促进柔性电子材料的飞速发展。

木材基凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究

本研究以轻木为原料,经碱处理、漂白、乙酰化、热压和浸渍电解液制备出一种新型木材基凝胶聚合物电解质(GPE)。结果表明,热压改性木片的结晶度为54.7%,机械强度为2.16 MPa,热稳定性高达300℃。经电解液润胀后,热压改性木片的孔隙率和吸液率分别为74.6%和719.0%,与热压前性能一致。同时,木材基GPE展现出优异的离子电导率(3.68 mS/cm)和电化学稳定窗口(5.0 V)。组装的Li/GPE/LiFePO4锂离子电池在0.5 C下循环100圈后的容量由150.9 mAh/g仅衰减至146.1 mAh/g。但由于木材基GPE的孔径大,组装的锂离子电池的库伦效率仅为91%。

锂电池用纤维素基凝胶聚合物电解质的研究进展

电解质作为锂电池的主要部件之一,充放电过程中对锂离子传输起着重要的作用。然而传统液态电解质漏液以及充放电过程中锂枝晶生长等问题造成了安全事故频发。相比于液态电解质,凝胶聚合物电解质(GPE)将隔膜与电解质一体化,从整体上提高了安全性能和电化学性能。纤维素因其优异的热稳定性、良好的机械性能以及强电解质亲和力等优势,近年来在GPE研究领域得到了广泛关注。本文综述了微米纤维素、纳米纤维素、再生纤维素以及纤维素衍生物目前在GPE领域的研究进展,分析了不同纤维素基质或功能填料对复合GPE的性能影响,最后提出纤维素基GPE用于高性能锂电池所面临的挑战并对其研究前景进行展望。

中高渗储层聚合物凝胶调剖机理及分布规律研究

随着油田开采进入特高含水后期,低渗透储层剩余油开采难度加大。聚合物凝胶调剖体系已经成为中高渗储层深度调剖和进一步提高采收率的重要措施。然而储层非均质性严重导致调剖体系成胶强度对调剖效果产生很大影响。因此为了使调剖体系达到“走得远”的目的,研究调剖体系调剖机理具有十分重要的意义。通过测试不同质量浓度聚合物凝胶黏度明确聚合物质量浓度对凝胶成胶强度的影响,通过注入能力实验得到不同成胶强度凝胶在中高渗储层调剖机理。