聚合物电介质

聚合物电解质高军梅杨雪刘彦云组员：杨洁组长：吴美汝聚合物电解质不但具有较好的导电性,而且具有高分子材料所特有的质量轻、弹性好、易成膜等特点,在一定程度上符合化学电源质轻、安全、高效、环保的发展趋势,因此成为近几年化学电源研究和开发的热点.仅2007~2009年就有学者对其进行深入研究,并取得了一定的成果.聚合物电解质的发展简史Armand等报道了PEO的碱金属盐在40~60e时离子电导率达10-5S/cm,且具有良好的成膜性能,可用作锂离子电池的电解质197319751979Wright首次测量了聚氧乙烯(PEO)与碱金属盐(Mx)络合的电导率在PAN2LiX,PVDF2LiX体系中加入塑化剂EC,PC等环酯制成凝胶聚合物电解质(GelSolidPolymerElectrolyteGSPE),发现离子电导率大大提高Weston和Steele最先把电化学惰性的无机填料A2Al2O3加入到SPE中,以后各种惰性粉末被应用于SPE中,逐渐形成了复合型聚合物电解质体系Gozdz等利P(VDF2HFP)共聚物制备了多孔型聚合物电解质20世纪90年代之后聚合物电解质的性能从电化学角度出发,聚合物电解质应具备以下7种性能:(1)有较宽的电化学窗口,在电池过充电及放电过程中具有较好的电化学稳定性,降低充放电时的过电位;(2)为获得较高的电流密度,聚电解质的室温电导率必须达到10-3S#cm-1,离子迁移数应为1,否则在电极表面将产生浓度梯度而导致极限电流;聚合物电解质的性能(3)与电池电极和其他材料结合时,具有较好的化学及电化学相容性;(4)具有较好的热力学稳定性;(5)具有一定的机械强度;(6)对环境无毒;(7)聚合物材料易于合成且具有良好的加工性。目前聚合物电解质大致可分为4种：全固态聚合物电解质1凝胶型聚合物电解质2多孔型聚合物电解质3复合型聚合物电解质4

DSPE是研究最早的一类聚合物电解质,到目前为止,绝大部分DSPE的离子电导率都比较低，但电化学稳定性和对电极的稳定性好.

聚合物电解质全固态1

Ahn等通过研究在PEO/LiC10体系中添加不同尺寸Al2O3对电导率的影响,发现含有纳米尺寸的聚合物电解质的电导率比含有微米尺寸的要高.此外还发现,无机颗粒的尺寸越小,对聚合物结晶的抑制越明显,也越有利于电导率的提高.叶霖等合成了梳形聚醚POE,并与高氯酸锂复配制成全固态聚合物电解质,并用DSC和XPS分别表征了链段运动能力和锂盐在POE中的溶解状态对电导率的影响.交流阻抗测试表明,当POE电解质内的氧锂比(O/Li)为20时其电导率最高.聚合物电解质凝胶型2

GSPE作为液态电解质与全固态电解质的过渡产物,GSPE集合了固体的柔韧性与液体易扩散的特点,克服了液体电解质易在电极表面生成易燃物质及漏液的缺点,使电池的设计更自由.

吴川、潘春花等采用了一种自制新型超支化聚醚(PHEMO)与甲苯2,4-二异氰酸酯(MDI)在电解液中进行缩合反应,制备了一种具有交联网状结构的聚氨酯(PEU)型凝胶态聚合物电解质.在这种新型的电解质中,电解液小分子被聚合物大分子包裹在其中,可有效防止凝胶聚合物电解质的漏液问题,从而可提高锂离子电池的安全性.聚合物电解质多孔型3

PSPE是指聚合物本体具有多孔结构,增塑剂和盐存在于聚合物本体孔结构中.

聚合物多孔膜具有较高的孔隙率、较强的液体保持能力及一定的机械强度.PSPE膜的离子电导率一般在100S/cm数量级.

PSPE是较有希望应用于锂离子电池的一类聚合物电解质,其离子电导率较接近液体电解质.另外,使用PSPE也使锂电池的装配过程变得相当简单,该技术的意义在于提供了低成本的设计和制造新型电池形状的可能性.PSPE的典型代表是以Belleore技术制备的PVDF2HFP电解质膜.利用Belleore技术制备的PSPE膜最先应用于锂离子电池实际生产中,并在移动电话和PDA中得到应用,这是聚合物锂离子电池在产业化方面迈出的重要一步.聚合物电解质复合型4

CSPE按照高分子材料增强理论,在高分子材料中加入某些无机填料,能增强高分子材料的机械性能.研究者把纳米粉末应用于SPE的研究中,制备CSPE膜.由于所添加的惰性粉末为纳米材料,使得SPE膜的性能更稳定.

何钟达、陈艳玲等采用相转换法制备了以丙烯腈(AN)/甲基丙烯酸甲酯(MMA)为基质,添加纳米SiO2的复合聚合物电解质膜,与空白隔膜相比,复合隔膜具有较致密的结构,有利于提高聚合物的电导率.聚合物锂离子电池聚合物电解质的应用聚合物电解质膜燃料电池它是在液态锂离子电池基础上发展起来的新一代高比能电池体系.是为解决液态锂离子电池存在的严重不足而提出的一种全新的概念电池.具有安全性能高、重量轻、容量大、体积小、易塑性高等优点,被公认为最具发展潜力和应用市场的电池产品.它代表着锂电池技术的最高水平,因此国内外各大锂电池生产厂家及科研机构都将它作为研发的重点.聚合物锂离子电池蓝牙耳机,MP3,MP4,数码相机,移动电话,PHS电话，无线鼠标,手机等.便携式DVD,笔记本电脑,通信装置,矿灯,仪器仪表,摄像机,航模车模,电动玩具,电动工具,小型UPS等通信站、电动自行车电动汽车、专用动力设备UPS等聚合物锂离子电池的应用范围未来在聚合物锂离子电池研究中,聚合物电解质的结构、传输机理和基础研究、电极界面特性及高性能的电池组装研究将仍是主要关注的焦点.又称质子交换膜燃料电池,是一种能直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的电化学装置。

具有能量转换效率高、环境友好、比能量高(相对于电池)、操作温度低、启动快等特点.

开发具有高的质子传导能力的质子交换膜是关系这类燃料电池发展的关键.其应用范围很广,可用于电动汽车、固定式电源、便携式移动电源等.聚合物电解质膜燃料电池氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，在21世纪的第1个10年结束之际，以燃料电池技术为代表的氢能的开发和利用已在全球各国取得巨大进展，并开始部分实现商业化。2010年5月14―15日，第13次国际氢经济和燃料电池伙伴计划会议（IPHE）在德国埃森召开；随后，5月16―21日，第18届世界氢能会议（WHEC）也在埃森举行。从会议透出的信息显示，即便在全球遭遇金融危机的情况下，各国持续开展氢能与燃料电池技术研究、开发和商业化部署的脚步也没有放缓。

中国科学技术部以及同济大学、清华大学等单位派代表出席了这两个会议。燃料电池发展现状

日本在2009年中，销售了5000―6000台家用燃料电池，经过1年多的运营，日本的家用燃料电池认可率已经达到71％。在美国，固定式燃料电池为燃料电池提供了一个重要的早期市场。2008年，美国安装了大约50套新的大型固定式燃料电池装置为用户提供分布式电源，世界上最大的固定式燃料电池装置―――4.8MW的站内发电量，就位于美国新的世界贸易中心大楼内；2009年，康涅狄格州公共事业委员会已批准要建立9座熔融碳酸盐燃料电池发电厂，发