固态电解质电池的研发、应用与发展

固体电解质的发展历史可以追溯到20世纪初,固体电解质和液体电解质都是电解质。固体电解质最早称为快离子导体,其离子电导率达到10-2S/cm以上,离子迁移数高达0.99。另外,离子迁移活化能要足够小,才能保证不必要的损失。在一般条件下,若离子电导率能达到10-2S/cm,电解质在此条件下就可以发挥使用。固体电解质主要包括无机和有机的,无机的离子导体具有一定的晶体结构,而有机的固体电解质是通过有机分子链的运动来推动离子迁移。

锆基非晶合金电解质等离子体抛光工艺及废液处理

电解质等离子体抛光技术在非晶合金结构件的应用仍处于探索阶段,而且会产生含较高浓度的重金属和氟离子废液。为了提高锆基非晶合金结构件的表面质量以满足其使役性能,研究抛光时间、工作电压、硫酸铵浓度、初始温度、工件入水深度、阳极挂具材料等电解质等离子体抛光工艺参数对锆基非晶合金表面粗糙度、晶化情况的影响,并利用正交试验进行参数组合优化,对比不同参数对于表面粗糙度的影响显著程度。最后针对抛光后废液污染的问题,探究并配套合适的废液处理方案。结果表明:影响抛光后材料表面质量因素的显著程度为抛光时间>工作电压>初始温度>硫酸铵浓度,最优抛光工艺参数组合为抛光时间8 min,工作电压220 V,初始温度88℃,硫酸铵浓度为5%,此时表面粗糙度为0.103μm。经化学混凝沉淀法和离子交换树脂法组合工艺处理后,出水废液中的重金属和氟离子浓度均能达国家电镀污染物排放标准。研究成果可为电解质等离子体抛光在锆基非晶合金的实际生产提供工艺指导,有助于推广锆基非晶合金结构件的产业化应用,促进锆基非晶合金的大规模工业生产。

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。

复方聚乙二醇电解质散(Ⅰ)致胃肠道反应和电解质紊乱1例

肠镜检查作为一种筛检结直肠和远端回肠末端疾病的工具,在临床应用广泛。研究[1]表明,结肠镜检查结果和检查前患者的肠道准备情况有密切关联,肠道准备不佳,不仅会对检查效果及治疗情况造成不利影响,还可能引起严重并发症。我院收治服用复方聚乙二醇电解质散剂(Ⅰ)行肠道准备导致严重电解质紊乱1例,现报道如下。

BMIMBr水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用

为了提高离子电导率和电化学性能,本文选用室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴化物(BMIMBr)作为氧化还原活性添加剂,制备了一种具有高离子电导率和良好力学性能的水泥基电解质,该材料可用于制作结构超级电容器。结果表明,含20%(质量分数)BMIMBr的水泥基电解质的离子电导率最高,为35.91 mS·cm^(-1)。BMIMBr能够提供可产生还原反应的Br-,同时增加游离态离子的数量,这有利于电解质中的离子传导,并获得更高的比电容。当电流密度为0.05 A·g^(-1)时,结构超级电容器具有20.07 F·g^(-1)的高比电容。恒定电流充放电循环1 000次后,电容保持率达到83.6%,库伦效率为97.56%,展现了良好的循环寿命。

利那洛肽联合复方聚乙二醇电解质散在结肠镜检查肠道准备中的应用效果

分析利那洛肽联合复方聚乙二醇电解质散在结肠镜检查肠道准备中的效果。方法 研究选取我院2023年1-9月收治的结肠镜检查患者100例,分为对照组与实验组各50例。对照组采用复方聚乙二醇电解质散,实验组加用利那洛肽。比较患者肠道准备情况。结果 实验组肠道准备情况较好,各项指标优于对照组,P<0.05,差异显著。结论 利那洛肽联合复方聚乙二醇电解质散在结肠镜检查肠道准备中的效果好。

水系锌离子电池宽温域性能的电解质改性策略研究进展

在资源短缺、能源需求倍增的当今世界,水系锌离子电池(AZIBs)作为一种大规模储能技术以其具有高安全性、低成本、高容量和快速充放电等优势脱颖而出。随着对能源多元化应用场景的增加,AZIBs被开发并应用于多种极端环境。然而,电池中的自由水分子会引发一系列的不良反应,导致电池出现容量下降和寿命缩短的问题。在低温条件下,溶剂水的冻结会引起AZIBs的离子电导率降低、电荷转移阻抗增加,导致电池速率性能下降。在高温条件下,溶剂水的快速蒸发会产生气泡和气体膨胀,水诱导的副反应加剧,同时电极材料也会出现腐蚀和溶解,从而影响电池寿命。针对这些挑战,在这篇综述中,分别总结了针对水系锌离子电池在高温与低温下的研究进展,提出了适用于低温、高温以及同时适用于高低温的电解质策略,重点研究了高浓度电解质、凝胶电解质、电解质添加剂和共晶电解质降低电解质凝固点、提高低温电化学性能的机理,并对进一步提高水系锌离子电池的宽温域性能和工业应用进行了展望。

电极/碱性聚电解质界面的微分电容曲线和零电荷电位测定

碱性聚合物电解质作为现代碱性氢氧燃料电池的核心组成部分,其单离子导体的特性使得“电极/碱性聚电解质”界面的性质与“电极/溶液”界面有所不同。本文使用微电极,运用循环伏安、电化学交流阻抗以及浸入法等方法,测定了电极/碱性聚电解质界面的微分电容曲线和零电荷电位。该界面的微分电容曲线呈“U”状,且存在局域极小值,该极小值所对应的电位与浸入法测得的零电荷电位数值一致。单离子导体的特性使得“电极/碱性聚电解质”界面在零电荷电位两侧表现出不同的电化学极化行为。

电子束辐照对锂镧锆钽氧(Li_(6.5)La_(3)Zr_(1.5)Ta_(0.5)O_(12))固体电解质结构的影响

通过固相反应法制备出室温下高离子电导率Ta掺杂的锂镧锆钽氧(Li_(6.5)La_(3)Zr_(1.5)Ta_(0.5)O_(12),LLZTO)固体电解质,详细研究了电子束辐照对LLZTO固体电解质结构和性能的影响。结果表明:电子束(250 kGy、500 kGy)辐照后并未产生其他杂相,且晶格间距随着剂量的增加逐渐变大,这有利于降低离子在晶格中的扩散能垒。第一性原理的计算发现,低剂量电子束辐照样的Li+扩散能垒比未辐照样降低了0.07 eV,说明辐照产生的缺陷能促进Li+扩散。辐照前后的电解质交流阻抗测试进一步证实了低剂量的电子束辐照有利于提升电解质的离子电导率。利用电子束辐照探究其对LLZTO氧化物固体电解质结构和电导率的影响对固体电解质的研究具有重要意义。

介孔碳载体缓解碱性聚电解质燃料电池阳极水淹

碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE)隔膜和阴/阳极催化剂等关键材料的研发.目前,APEFCs的性能已接近于PEMFCs,针对其研究也逐渐从关键材料的研发扩展到电池的稳定性和水管理等更深层次问题.相较于PEMFCs,APEFCs的水管理问题更为复杂.每当阳极产生4个水分子,阴极会消耗2个水分子,容易导致阴极缺水和阳极水淹,进而影响电池的性能和稳定性.对APEFCs水管理的优化将是实现电池性能和稳定性突破的重要方向.本文主要研究碳载体对APEFCs水管理的影响,合成了一系列介孔碳负载的Ru催化剂(Ru/MCP-x,x为MCP的孔径,x=30,50,100 nm),并以Ru/XC72催化剂为对照.扫描电镜和N2吸附-脱附结果表明,介孔碳载体具有三维贯通的孔结构,而XC72为实心碳颗粒.溶液电化学测试结果表明,不同催化剂在0.1 mol/L的KOH溶液中的氢氧化反应(HOR)活性相当.以Ru/MCP-x和Ru/XC72为阳极催化剂进行电池装配(记为Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池),结果表明,当使用高进气流量(1000 mL/min)时,Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池性能接近;当使用更接近实际工况的低进气流量(200 mL/min)时,所有电池性能均有所下降,且降幅存在明显差距.其中,Ru/MCP-50电池和Ru/MCP-100电池的降幅分别为36%和35%,而Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池的降幅分别为43%和72%.通过在低进气流量下改变进气湿度,结果发现,Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池性能大幅下降的原因是阳极发生水淹.弛豫时间分布(DRT)方法可以将不同弛豫时间的极化过程在时域中分离开来,从而可以分辨各极化过程对电池性能的影响.利用电化学交流阻抗(EIS)技术结合DRT方法进一步分析各电池在不同电流密度下的阻抗行为,DRT结果表明,在低进气流量下Ru/XC72电池的传质极化电阻显著高于Ru/MCP-x电池,说明阳极水淹导致了Ru/XC72电池的气体传质受阻,因而电池性能大幅下降.当MCP孔径增加至50和100 nm时,传质极化电阻在不同电流密度下始终处于较低水平,电池未发生明显水淹.这说明孔径的增加有效地缓解了低进气流量下阳极的水淹问题,从而保持较高的电池性能.综上,本文利用EIS-DRT方法比较了不同阳极碳载体对APEFCs性能和气体传质极化电阻的影响,表明介孔碳载体有利于缓解APEFCs中的阳极水淹问题,具有作为阳极载体的潜力.

MOFs基固体电解质在钠离子电池中的应用进展

传统钠离子电池常使用液体有机电解质,存在热失控等安全问题。而固态电解质具有高安全性和高能量密度,因而成为下一代储能设备材料最有潜力的候选者。金属有机骨架(MOFs)由金属节点和有机连接器构成,具有高孔隙率、高比表面积和有序孔道,是设计快速离子导电材料的一个很有前途的结构平台。基于MOFs结构的多样性和可修饰性,介绍几种导钠离子MOFs基固体电解质的研究设计,包括引入掺杂相应阴离子钠盐的离子液体或有机溶剂、钠化处理、枝接与电解质离子相互作用的官能团和与聚合物复合的杂化材料。

大豆蛋白-聚丙烯酰胺/复合盐抗冻凝胶电解质的制备及其应用

以大豆蛋白(SPI)、丙烯酰胺(AAm)、ZnCl_(2)、LiCl为原料,制备得到一种具备抗冻性能的大豆蛋白-聚丙烯酰胺复合盐(SPI-PAAm/ZnCl_(2)-LiCl)抗冻凝胶电解质,并将其应用到混合电容器中,考察器件在低温下的电化学性能。研究结果表明:ZnCl_(2)和LiCl的加入,破坏了凝胶电解质中水分子间氢键,并赋予凝胶电解质优异的低温离子电导率和较好的低温力学性能。当ZnCl_(2)与LiCl物质的量比为5∶12时,此条件下的抗冻凝胶电解质性能最优。在-70℃下,抗冻凝胶电解质经历100次应变为100%的循环拉伸测试仍保持结构完整,应力保持率>65%,塑性变形率<25%,能量损耗系数<0.35。基于此抗冻凝胶电解质的混合电容器在低温下仍具备良好的电化学性能,在-80℃下可以正常工作,低温环境下能量密度集中在50~200 Wh/kg,功率密度集中在1000~30000 W/kg,即便在-70℃下,混合电容器的功率密度接近1000 W/kg,能量密度>10 Wh/kg。同时,在-70℃下循环充放电5000次,电容保持率>94%,表现出优异的循环性能。

聚合物基复合固态电解质填料研究进展

聚合物基固态电解质具有优异的稳定性、加工性和低成本,是实现全固态锂电池的理想电解质,然而低离子电导率严重阻碍了其应用。加入无机填料,构筑聚合物基复合固态电解质是提升离子电导率的有效策略。首先,讨论了聚合物电解质的离子传导机理及复合固态电解质组分间的协同作用。其次,从机械强度、电化学稳定窗口、离子电导率、锂离子迁移数四个方面阐述了填料的作用,并以惰性填料、活性填料、功能性填料为分类对近些年填料的研究进展进行了系统介绍,阐释了其物理化学性质对电解质性能的调控机制。最后,在总结现有研究结果的基础上,针对关键问题对未来的研究方向进行了展望。

树枝状磺化聚醚砜纤维基复合固态电解质的制备及其性能

为解决应用于全固态锂金属电池中固态有机电解质离子电导率较低和力学性能较弱的问题,采用静电纺丝技术制备了树枝状磺化聚醚砜(SPES)纳米纤维膜,将其与聚氧化乙烯(PEO)结合制备复合固态电解质,并应用于全固态锂金属电池中。探讨了纺丝工艺对纳米纤维形貌的影响,在最佳的静电纺丝工艺参数下,研究了SPES纳米纤维膜对复合固态电解质结晶度、离子电导率、力学性能以及电化学性能的影响。结果表明:在四丁基六氟磷酸铵质量分数为2%,静电纺丝电压为30 kV,接收距离为15 cm时,制备的树枝状SPES纳米纤维膜具有最好的形貌,将PEO浇筑在该纳米纤维膜上获得的复合固态电解质其离子电导率为8.13×10^(-5)S/cm(30℃),断裂强度为5.1 MPa,且可使对称电池在0.1 mA·h/cm^(2)下稳定循环198 h,使LiFePO_(4)/Li电池在循环400圈后仍保持着128.6 mA·h/g的放电比容量;SPES纳米纤维膜因破坏PEO的结晶区且能构成三维离子传输路径,不仅提高了复合固态电解质的离子电导率,还使复合固态电解质具有优异的力学强度,可满足高性能全固态锂金属电池的应用需求。

嵌段共聚物电解质的制备及其电化学性能

通过设计聚合物分子结构,采用热引发自由基聚合方法合成聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEMA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的二嵌段共聚物电解质PEGMEMAm-GMAn-Br(PGA-Br),并研究其电化学性能。结果表明:将PGA嵌段或接枝到聚合物电解质上,可提高聚合物电解质的离子电导率,室温下的离子电导率达1.05×10^(−4)S·cm^(−1)。同时,PGA-Br嵌段共聚物电解质具有较低的玻璃化转变温度(-65℃)、较高的热分解温度、较宽的电化学稳定窗口(5.1 V)和阻燃特性。PGA-Br共聚物电解质组装下的固态Li|Li对称电池具有增强的电极/电解质固-固界面,可实现金属锂均匀沉积,有效抑制锂枝晶的生长。在0.1 C倍率下,基于PGA-Br嵌段共聚物电解质组装的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)|PGA-Br|Li固态全电池可实现较高的首周放电比容量(160.1 mAh·g^(−1)),且循环100周次后容量保持率高达91.5%,库仑效率稳定在98.5%以上。

锂单离子导电聚合物电解质的制备及界面稳定性

以苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li STFSI)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGM)和2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯(TFMA)[或甲基丙烯酸八氟戊酯(OFMA)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)]为单体,合成了3种锂单离子导电聚合物电解质,并将其制成了隔膜,组装了CR 2025扣式电池。采用FTIR、SEM、EIS和线性扫描伏安法对隔膜进行了表征,对CR 2025扣式电池进行恒电位间歇滴定法测试。结果表明,合成的电解质膜具有较高的离子电导率(90℃,2.0×10^(-5)S/cm)、较宽的电化学稳定窗口(4.5 V)和高的锂离子迁移数(≈1)。电解质膜拥有较高的锂离子扩散系数(60℃,≥3.7×10^(-9)cm^(2)/s)。经热处理后,电解质膜与锂金属的界面稳定性得到明显提升,这归因于含氟侧链基团在聚合物电解质表面的富集。

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。

有机溶剂电解质在电化学冶金领域的应用

熔盐电解温度高、能耗大,水溶液电解易导致金属材料氢脆且不能用于活泼金属电解,采用室温非水电解质体系可以解决上述问题对比分析了离子液体、深共晶溶剂、有机溶剂等几种室温非水电解质的特点,重点介绍四氢呋喃-苯、碳酸乙烯酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮等分别与AlCl_(3),ZnCl_(2),LiNO_(3)等构成的有机溶剂电解质体系在Al,Mg,Nd,La,Zn等金属电沉积方面的研究成果分析电解和电池用电解质的异同点,总结了苯类、醚类、醇类、脂类、四氢呋喃、咪唑啉酮、卤代烃等多种溶剂与有机金属盐、无机盐等溶质,金属氢化物、无机盐等添加剂组成的有机溶剂电解质的性质和特点,介绍其离子结构,概括其在电沉积过程中相关的化学和电化学反应,分析镀层性能与电沉积参数的关系和存在的问题,为从事非水电解质电化学冶金与材料制备研究提供思路。

石墨相氮化碳在聚合物电解质膜中的研究进展

燃料电池因具有能源转换效率高、近零污染、低噪音等优点受到广泛关注。聚合物电解质膜作为燃料电池的重要组成部件之一,其性能优劣决定了电池的实际表现。为解决聚合物电解质膜在稳定性及离子传导率方面存在的不足,无机纳米材料掺杂作为常规的改性手段应用到聚合物电解质膜材料中。近年来,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_4)因其独特的结构特征和优秀的物化性能,被广泛应用于聚合物电解质膜材料的制备和改性。本文主要综述了g-C_(3)N_4的结构和性质,总结了g-C_(3)N_4基复合膜的制备方法,重点对目前g-C_(3)N_4在聚合物电解质膜中的研究和应用情况进行了综述,展示了其在聚合物电解质膜改性方面的重要成果,并对其在该领域未来的发展做出展望。

焙烧法回收阳极炭渣中电解质试验研究

阳极炭渣是铝电解过程产出的危废,主要成分是冰晶石、亚冰晶石和碳,目前主要以堆存的方式暂存,不但污染环境,而且造成资源浪费。本文以甘肃某电解铝厂提供的阳极炭渣为原料,对其进行了表征分析,并在焙烧温度范围内热力学分析和TG-DSC分析的基础上,进行了单因素焙烧试验,得到以下主要结论:阳极炭渣中电解质含量较低区域,电解质附着在颗粒的表面和间隙,较高区域则包裹碳质材料;化学反应吉布斯自由能变分析表明,焙烧法回收阳极炭渣中电解质可行;单因素试验得到的较佳焙烧工艺为温度800℃、升温速率5℃/min、保温时间1.5 h,此条件下,阳极炭渣的失重率为24.3%,电解质碳脱除率为96.32%,回收率为90.63%;回收电解质中出现K_(2)NaAlF_(6)和LiF新相,Na、Al、F、Mg、Ca、K元素分布均匀且含量增加,电解质初晶温度为921.5℃,可满足铝电解工业应用要求。