新型全固态复合聚合物电解质的制备与应用

高分子聚合物与碱金属盐的络合物具有离子导电性,是电化学材料领域在过去25年里的重要发现之一,它的发现揭开了人们研究固体电解质的序幕。高分子全固态复合电解质由于具有良好的离子传输能力、成膜性能和力学性能,已成为电致变色器件等电化学装置中的重要组成部分。总结了聚合物电解质的种类,电导率的影响因素与表征方法,分析了全固态聚合物电解质材料的制备工艺与应用。新型复合聚合物电解质材料具有很好的市场前景和十分明显的社会经济效益,对此课题的进一步深入研究和技术上的突破有可能导致新能源材料领域,尤其是电池材料领域的一场新的技术革命。     

单离子导电聚合物电解质膜的制备及电化学性能研究

以对苯乙烯磺酸钠为原料,通过一系列反应合成了单离子导体聚(对苯乙烯磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiPSTFSI),将其与PEO按不同EO/Li⁺共混,制备单离子导电聚合物电解质膜。研究表明,PEO/LiPSTFSI电解质膜在270℃下具有良好的热稳定性;在60℃时,EO/Li⁺=16的电解质膜的离子电导率达到1.94×10^-5 S/cm,且锂离子迁移数>0.85,接近于锂单离子导体;同时电解质膜表现出较好的电化学稳定性和界面性能。     

分子间相互作用对复合固态聚合物电解质离子电导率的影响机制

以聚氧化乙烯(PEO)为基体、埃洛石纳米管(HNTs)为填料,采用溶液浇铸法制备了系列聚氧化乙烯/高氯酸锂/埃洛石(PEO/LiClO_4/HNTs)固态聚合物电解质。系统研究了HNTs经表面改性前后对PEO结晶性能、锂盐解离度及离子电导率的影响机制。透射电子显微镜和比表面积表征结果表明,HNTs经硫酸处理后(A-HNTs),可在保持纳米管形貌的基础上使其比表面积从33.15 m~2/g增加到104.73 m~2/g; X射线衍射和差示扫描量热法分析结果表明,HNTs经表面改性处理,可增加分子间的相互作用,进一步降低PEO的结晶度;光学显微镜结果证明,HNTs的加入可使PEO球晶尺寸减小,表面改性处理可进一步使PEO结晶细化;傅里叶变换红外光谱和离子电导率测试结果表明,通过对HNTs纳米管表面基团的控制,可以提高LiClO_4解离程度,获得的电解质膜在40℃的离子电导率高达1.35×10~(-4) S/cm。     

(PEO)8LiClO4-TiO2复合电解质膜的制备表征及导电性能

以聚氧化乙烯/高氯酸锂复合物(简记为(PEO)8L iC lO4)为基体,通过钛酸丁酯的水解缩合反应在其中原位生成T iO2粒子,制备了(PEO)8L iC lO4-T iO2复合聚合物电解质膜,采用原子力显微镜(AFM)、差示扫描量热法(DSC)和交流阻抗方法研究了复合电解质膜的形貌、结晶、熔融行为和离子电导率。结果表明,T iO2粒子在基体中分散均匀,加入T iO2后复合电解质体系的玻璃化转变温度和结晶度均有所下降,而电导率明显提高,当T iO2添加量为5%时电导率最大,20℃和80℃的电导率分别为5.5×10-5S/cm和1.1×10-3S/cm。     

离子液体与相关聚合物电解质研究进展

论述了近年关于离子液体的种类、合成方法及其特性的研究进展 ,应用离子液体或在单体中引入其结构可制得聚合物电解质 ,有些离子液体及相关聚合物电解质具有良好的电化学等性质 ,显示了广阔的应用前景。     

聚磷腈纳米纤维掺杂聚氧化乙烯固态电解质制备与性能

通过原位模板诱导自组装法合成了聚磷腈纳米纤维(PPZF),将不同比例的聚磷腈纳米纤维掺杂到聚环氧乙烷(PEO)基质中制备得到固体聚合物电解质(SPE).研究结果表明,纳米纤维在电解质中形成一种3D网络导电通道,利于锂离子贯通迁移,从而提高电导率;含15 wt％PPZF的SPE室温离子电导率达2.21×10-5 S/cm...     

聚氨酯型固体电解质的体系组成与形态研究

制备了一种聚氧化乙烯聚氨酯，并制备了一种结构与该聚氨酯硬段一致的模型化合物，通过与聚氧化乙烯、高氯酸钠盐的共混，制备了一系列聚氨酯型聚合物固体电解质，通过红外光谱分析以及AFM分析的方法对该体系的聚集形态，离子-聚合物相互作用进行了研究，讨论了盐浓度、模型化合物的含量以及聚氧化乙烯的加入对体系的影响。     

聚离子液体复合PEO制备高性能全固态聚合物电解质

用化学共沉淀法固态聚合物电解质(SPE)因其独特的安全性能受到越来越多的关注。以聚环氧乙烷(PEO)为基体,通过引入聚离子液体(PIL),制备了一种新型SPE(PIL@PEO SPE)。通过将PIL穿插于PEO链段中,有效降低了PEO的结晶度,提高了SPE的离子电导率(6.63×10^-4 S/cm)。由其制备的固态电池在0.5C,60℃时,Li/LiFePO4电池首次放电容量高达147.6 mAh/g,经过长达300圈充放电循环,容量保留率仍然在90%以上。     

PEO类聚合物基体的改性及其高性能电解质材料研究的新进展

聚氧化乙烯(PEO)是聚合物电解质传统的基体材料,它最大的优势在于在不添加任何增塑剂的情况下,可以与锂盐形成稳定的络合物,但PEO易于结晶,使离子电导率降低。研究表明:采用共混、接枝、共聚、交联以及与无机物复合等方法对PEO进行改性,可以进一步提高此类聚合物电解质的性能。重点对PEO类聚合物基体的改性及其高性能固体聚合物电解质材料研究的新进展进行介绍,并对其研究前景做了展望。     

高速剪切辅助氧化还原法制备石墨烯

采用改进的Hummers法制备氧化石墨(GO),氧化石墨经高剪切分散乳化机高速剪切处理后进行超声波处理剥离得到氧化石墨烯,然后经水合肼还原得到石墨烯。利用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)、激光拉曼光谱仪(Raman)和四探针测试仪等对氧化石墨和石墨烯的形貌及结构进行表征。将高剪切处理制备的石墨烯和未经高剪切处理制备的石墨烯进行对比,结果表明,高速剪切作用对氧化石墨的减薄和剥离有明显促进作用,有利于氧化石墨的还原,提高了石墨烯的制备效率和质量。     

基于纳米银负载氧化石墨烯的新型聚乙烯复合材料

通过超声波辅助液相法将纳米银(AgNPs)与氧化石墨烯(GO)结合制得了一种新的负载纳米银的氧化石墨烯材料AgNPs@GO。分析表明在该材料中AgNPs主要被锚接在GO片层的含氧基团和缺陷上, 部分Ag单质被氧化为Ag ⁺离子并有部分GO被还原。AgNPs@GO能有效抑制铜绿假单胞菌生长, 其抑菌能力显著强于AgNPs和GO。将AgNPs@GO作为添加剂引入聚乙烯(PE)基体, 进一步制备了新型的AgNPs@GO掺杂PE复合材料0.48wt%-AgNPs@GO/PE, 相比PE和AgNPs掺杂PE复合材料, 0.48wt%-AgNPs@GO/PE具有更好的抑菌能力和更强的阻隔水蒸气性能, 并且在水和乙醇溶液中都具有较好的耐溶出性能。     

聚吡咯/氧化石墨烯复合电极的制备及性能研究

采用直流电电化学制备了聚吡咯和聚吡咯/石墨烯薄膜电极,研究发现聚吡咯/石墨烯复合电极表面产生了很多小孔和一些羊角状的结构,这可能是由于在聚合过程中,聚合围绕石墨烯吸附对甲基苯磺酸根离子形成的球状体所致。而这些小孔和羊角状的结构在电极的充放电过程中为内层聚吡咯提供了离子交换的通道。在循环伏安的测试中,当扫描速率达到1000mV/S时,聚吡咯/石墨烯复合电极的容量依然保持在229F/g,而纯的PPy电极的容量仅保持在112F/g。     

交变电场剥离氧化石墨的研究

化学还原法被认为是实现大规模生产石墨烯的主要途径之一,而剥离氧化石墨为氧化石墨烯是获得高品质石墨烯的关键步骤。采用交变电场剥离氧化石墨,研究了电压U、频率f和电极间距d对剥离结果的影响。结果表明氧化石墨烯的厚度和横向尺寸随着电压的增大而减小,随着频率的增大而增大;在电压能满足剥离效果的前提下,随着电极间距的增大,氧化石墨烯的厚度和横向尺寸呈减小趋势。     

基于共价键作用的四氧化三铁-还原氧化石墨烯复合材料的合成及其储锂性能

采用溶剂热法制备单分散的Fe₃O₄微球, 对其表面进行包覆SiO₂和氨基化处理, 再与氧化石墨烯复合, 化学还原后得到Fe₃O₄-W-RGO复合材料。SEM和TEM照片显示, SiO₂均匀包覆在Fe₃O₄微球(直径~440 nm)表面形成Fe₃O₄@SiO₂核壳微球, 紧密束缚于RGO纳米片表面。XRD测试结果表明Fe₃O₄微球结晶度好、纯度高。电化学性能测试结果表明: 在0.01~3.00 V电压范围和0.1C倍率下, Fe₃O₄-W-RGO复合材料的首次放电容量为1246 mAh/g, 100次循环后保持830 mAh/g; 在2C倍率下放电容量达到484 mAh/g, 具有较好的倍率性能和循环性能。     

Principles Governing Control of Aggregation and Dispersion of Graphene and Graphene Oxide in Polymer Melts

Controlling the structure of graphene and graphene oxide (GO) phases is vitally important for any of its widespread intended applications: highly ordered arrangements of nanoparticles are needed for thin-film or membrane applications of GO, dispersed nanoparticles for composite materials, and 3D porous arrangements for hydrogels. By combining coarse-grained molecular dynamics and newly developed accurate models of GO, the driving forces that lead to the various morphologies are resolved. Two hydrophilic polymers, poly(ethylene glycol) (PEG) and poly(vinyl alcohol) (PVA), are used to illustrate the thermodynamically stable morphologies of GO and relevant dispersion mechanisms. GO self-assembly can be controlled by changing the degree of oxidation, varying from fully aggregated over graphitic domains to intercalated assemblies with polymer bilayers between sheets. The long-term stability of a dispersion is extremely important for many commercial applications of GO composites. For any degree of oxidation, GO does not disperse in PVA as a thermodynamic equilibrium product, whereas in PEG dispersions are only thermodynamically stable for highly oxidized GO. These findings—validated against the extensive literature on GO systems in organic solvents—furnish quantitative explanations for the empirically unpredictable aggregation characteristics of GO and provide computational methods to design directed synthesis routes for diverse self-assemblies and applications.     

氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展

氧化石墨烯纳米带杂化粒子是将氧化石墨烯纳米带(GONRs)与其他纳米粒子经π-π键、氢键等结合方式复合在一起,通过这种特殊的结合形态一方面可以有效地防止GONRs的聚积,另一方面新的纳米粒子的引入能够赋予该杂化材料某些特殊的性能,从而有利于充分发挥GONRs杂化材料在聚合物改性等领域的综合性能。本文综述了氧化石墨烯纳米带杂化粒子的制备方法、性能和应用现状。此外,针对GONRs的还原产物石墨烯纳米带(GNRs)的结构、性能、制备方法及其应用领域也进行了系统性地论述。相关研究表明,氧化石墨烯纳米带杂化粒子的设计与制备是氧化石墨烯纳米带迈向实用领域的一个有效途径,而石墨烯纳米作为石墨烯的一种特殊结构的二维变体,继承了石墨烯优良的导电和导热等性能,同时特殊的边缘效应,因而呈现出了更广阔的应用潜力。     

氧化石墨烯在气体传感器中的应用研究进展

氧化石墨烯因表面含有丰富的含氧官能团而具有十分优异的气敏性能,可应用于低浓度(ppb级)环境下气体的检测。综述了现阶段氧化石墨烯在气体传感器中的研究进展,分析了氧化石墨烯对湿度、NO_2、H_2、CH_4的敏感性能,重点探究了氧化石墨烯表面含氧官能团的类型对其选择性的影响规律,并总结了目前研究中存在的问题,为后续开展氧化石墨烯气体传感器的研究与应用提供借鉴。     

磁功能化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/ Fe₃O₄(rGO/Fe₃O₄)复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加量为30%的复合材料其冲击强度达到27 kJ/m²,比纯环氧树脂的冲击强度提高了58.8%。在环氧树脂中添加rGO/Fe₃O₄复合物,使其吸波性能显著提高。rGO/Fe₃O₄复合物的添加量为20%的复合材料,其反射率在小于-10 dB的频率范围为7.7~12.3 GHz,有效吸收频宽达4.6 GHz,覆盖了整个X波段。随着石墨烯含量的提高rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料达到最小反射率的位置向低频位置移动,控制rGO和Fe₃O₄的相对含量可调控这种复合材料的吸波性能。