聚合物基柔性导电复合材料的制备和研究进展

柔性可穿戴电子器件的研制是未来科技发展的方向之一,柔性导电材料是可穿戴电子器件的重要支撑材料。由于聚合物具有优异的柔性,由聚合物基导电复合材料制备柔性导体是一种重要的途径和方式。文中从制备和表征方法方面归纳了聚合物基柔性导电复合材料的研究进展,重点阐述了实现柔性导体的关键因素,即聚合物优异高弹性的保持和可拉伸的稳定的导电网络的实现,详细介绍了简易地利用高弹性基体和纳米填料的直接共混法和目前应用较多的结构可拉伸导体的设计与制备,并总结了目前研究中存在的问题。     

锂离子电池隔膜的研究与开发

介绍了锂离子电池隔膜材料的研究与进展，重点综述了聚烯烃锂离子电池隔膜材料的制备方法、孔径结构、孔隙率，透气率，自关闭性能等，认为多层复合隔膜既具有一定的强度又具有较低的自关闭温度，较适合作为锂离子电池隔膜，固体聚合物电解质在锂离子电池中作为电解质的同时还可以起隔膜的作用，表现出良好的应用前景。     

有机硅在锂离子电池电解质中的应用

有机硅因其具有本身结构所决定的优异耐高温性和稳定性,将其应用于锂离子电池电解质中,可提高锂离子电池的安全性。综述了有机硅化合物在锂离子电池聚合物电解质和液态电解质中的应用形式及研究现状,包括作为聚合物电解质的组分、作为液态电解质的溶剂或添加剂,并详细介绍了作者所在研究团队近年来在锂离子电池含有机硅化合物电解质材料制备及研究方面的探索成果,同时探讨了其发展及应用前景。     

纳米复合材料聚合物制成的结构复合式电池

美国陆军研究室正在开发一种聚合物复合材料，它们既具有结构材料的承载力，同时还贮有电化学能。多功能电池可取代单功能结构元件，为减重条件下提供额外电能。多功能电池使用了纤维与母体复合材料，其中每个元件均设计成既可用作结构元件，同时又是一个电化学电池元件。电池的阴极是一个金属网状物，上面涂以阴极材料，而电池阳极则是一个碳纤维制成品；中间夹有玻璃纤维隔层，所有元件以固体塑料电解质粘结成一体。     

聚合物太阳能电池光敏层材料及形貌的研究进展

聚合物太阳能电池由于质量轻、成本低、柔韧性好及制备工艺简便等优点而具有巨大的潜在应用价值,是太阳能电池发展的新方向.但是聚合物太阳能电池的能量转换效率较低,达不到商业化应用的要求,如何提高电池效率仍是目前研究的重点.聚合物材料和光敏层的形貌是影响太阳能电池性能的两大要素,从机理方面分析了限制太阳能电池效率的一些因素,介绍了聚合物材料的新进展,探讨了聚合物材料设计的原则及方法,着重探讨了形貌对太阳能电池性能的影响以及改进形貌的方法及其理论基础,并展望了聚合物太阳能电池未来的发展趋势.     

极性聚合物粘结剂的结构和物性对锂离子电池的影响

粘结剂在锂离子电池中虽用量少, 但是对锂离子电池的性能有较大影响。传统粘结剂聚偏氟乙烯与活性物质间形成的范德华力较弱, 不能满足现代锂离子电池, 特别是高比容量锂离子电池的要求。大部分电极材料表面具有极性基团, 这些基团可与极性聚合物间形成较强的作用力, 故极性聚合物粘结剂成为当前的研究热点。极性聚合物粘结剂对锂离子电池的影响与诸多因素有关。本文主要讨论了聚合物粘结剂的结构和物性对锂离子电池性能的影响, 包括聚合物的结构特征、粘结性、力学性能和导电性等因素, 进而从分子层次提出了设计下一代粘结剂的方法, 并展望了粘结剂的未来发展方向。     

可拉伸超级电容器碳基复合电极材料的研究进展

随着便携式和可穿戴电子产品的发展,人们对柔性储能设备的需求越来越迫切。常用的储能设备有锂离子电池、超级电容器等。与锂离子电池相比,超级电容器具有更快的充放电速度、更高的循环稳定性能和更大的比电容等优点。但传统的超级电容器在受到拉伸、压缩等外力作用时,存储功能难免下降甚至丧失。因此,可拉伸超级电容器引起了研究者们的关注。电极是可拉伸超级电容器的重要组成部分,人们通过制备性能优异的电极材料或设计能够抗压缩、拉伸、扭曲等高强度机械力的电极结构来提高电极的电化学性能和力学性能。碳纳米管、石墨烯、碳纤维和碳气凝胶等碳材料属于双电层电容器电极材料,它们虽然比表面积大、循环稳定性强,但仍存在低比电容、低能量密度等缺点。其中,石墨烯更是面临因堆叠团聚而导致的储能性能降低的问题。于是,人们在将碳材料与其他电极材料结合制备碳基可拉伸复合电极材料方面做了许多尝试。高比电容的赝电容电极材料、大比表面积的过渡金属硫化物或高导电性的金属纳米线,都已被发现能够与某些碳材料产生协同互补,形成的碳基复合电极在比电容、循环稳定性和力学性能方面相比单种碳电极材料有明显提高。本文在对比介绍用作可拉伸超级电容器的各种碳材料的优势与不足的基础上,综述了近年来广泛应用于可拉伸超级电容器的碳基复合电极材料的研究进展。     

静电纺丝在高效可逆离子电池储能中的应用

高效、稳定、低成本可逆离子电池的研究对大型能源存储、便携电子设备、电动汽车、航空航天以及生态环境等领域的发展有着重大意义。可逆离子电池电极材料的微纳设计与结构调控是其高性能化的重要途径。静电纺丝制备功能微纳电极材料具有以下优势:(1)一维构筑单元有利于电子快速传导;(2)微纳化构筑单元具有短的离子扩散距离和高电极/电解液接触比表面积;(3)三维网络骨架结构可有效降低电极结构破坏。同时,通过调节静电纺丝体系参数可实现电极材料的结构、组分、尺寸、表面修饰、掺杂等参量可控制备。非金属(如Si、Ge)、金属(如Sn、Sb)以及过渡金属氧化物(如SnO_2、Fe_2O_3、Co_3O_4)、金属硫化物(如MoS_2、Co_9S_8)负极材料以及磷酸盐(如LiFePO_4、Li_3V_2(PO_4)_3)因具有高的理论比容量和能量密度等优点而被广泛地应用于超级电容器、离子电池(锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池)等新一代储能器件中。然而,低导电性、高体积膨胀率等使得这类材料的倍率性能和使用寿命极大降低,制约了它们的商业化应用前景。基于碳材料(非晶碳、碳纳米管、石墨烯)以及导电聚合物设计制备不同微纳结构的碳基和聚合物基复合材料可有效解决以上难题,提高其储能性能。静电纺丝技术可以通过设计纺丝装置,调控纺丝前驱液的浓度,结合超声磁力搅拌促进纳米颗粒均匀分散以及高温热解等参量调控,有效制备得到自支撑纺丝碳基纤维复合材料。近年来,基于静电纺丝制备的柔性自支撑结构材料被广泛应用于能源存储领域,包括超级电容器、隔膜材料、离子电池等。然而,不同聚合物静电纺丝条件有较大差异,主要由聚合物的分子量大小、带电基团分布、亲疏水性、溶剂、溶液粘度等参量所决定。聚合物静电纺丝的前驱液主要为水溶性高分子与非水溶性高分子,溶剂通常为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇等。聚合物与金属盐常被用于静电纺丝制备微纳复合纤维材料,通过调节纺丝参量(如聚合物溶液粘度、溶剂种类、电压、针尖与接收装置之间的距离、聚合物输运速率、温度以及湿度等)对其结构特性进行精确调控,实现储能容量和稳定性的双提升。本文将主要从以下几个方面介绍静电纺丝在可逆离子电池储能中的应用:静电纺丝技术进展,静电纺丝微纳材料在可逆离子电池中的应用,以及该领域研究的总结与展望。     

取向碳纳米管纤维及其能源应用

碳纳米管具有独特的一维纳米结构,优异的力学、电学和热学性能,但在实际应用中,由于碳纳米管无规分散且容易团聚,其优异的性能很难在材料宏观层面上充分体现出来。为了促进碳纳米管的实际应用,将碳纳米管的物理性能从纳米尺度拓展到宏观水平变得越来越迫切。近年来,人们通过湿法纺丝和干法纺丝等过程对碳纳米管取向排列,从而制备了具有高拉伸强度和高电导率的纤维,可广泛应用于线状太阳能电池和超级电容器等光电转换和储能器件,极大地推动了能源材料和器件的发展。综述了取向碳纳米管纤维的合成方法、结构和性能,重点介绍其作为电极材料在线状染料敏化太阳能电池和超级电容器等能源领域的应用,最后展望了取向碳纳米管纤维的未来发展方向。     

MOFs及其衍生材料在锂离子电池负极中的研究进展

金属有机框架(MOFs)具有较大的比表面积和可调节的孔径，其金属离子和有机配体都具有良好的携电荷能力，近年来作为锂离子电池负极材料受到广泛关注。本文介绍了目前常用的锂离子电池MOFs负极材料，归纳了MOFs材料在锂离子电池负极中的改性策略和合成方法，且系统分析了MOFs及其衍生材料的结构与形貌设计的主要原则，指出了其未来发展趋势及研究挑战。     

聚合物阴极界面修饰材料在有机太阳能电池中的最新研究进展

有机太阳能电池由于具有制作成本低廉、质轻、制备工艺简单、易于制备大面积的柔性器件等明显优势,引起了科学工作者们的极大关注。研究结构新颖、性能优越的阴极界面修饰材料成为太阳能电池研究的热点。介绍了有机太阳能电池的基本结构,综述了聚合物阴极界面修饰材料的设计策略和研究新进展,对该类型材料的发展趋势和研究方向进行了展望。     

固相法高氯化聚乙烯树脂的合成和应用

固相法是生产氯化聚合物的新工艺，具有工艺简单、设备腐蚀轻、生产中不需溶剂的特点，是氯化聚合物研究的重点。本文介绍高氯化聚乙烯的制备方法、氯化反应机理、产物结构及性能与应用，指出了今后的发展方向。     

导电聚合物在锂硫电池中的研究与应用

锂硫电池因其具有高比能量以及硫廉价易得等优点,成为电池研究的焦点,但其也存在硫的导电性差、反应过程中产生的多硫化物会溶解于电解质中且电池会膨胀等问题。总结了近几年导电聚合物在锂硫电池中的研究进展,重点讨论了导电聚合物在正极材料、电解质、粘结剂和隔膜中的研究与应用。     

锂离子二次电池固体电解质材料发展现状及展望

简述了锂离子二次电池的发展、组成及工作原理。重点介绍了锂离子二次电池中聚合物电解质分类,导电原理、性能以及发展方向。作为新型锂离子电池的电解质材料,聚合物电解质的性能较液体电解质有更大的发展潜力。     

银纳米线基柔性导电材料的研究进展

柔性导电材料是下一代柔性电子设备中不可缺少的组成部分,高性能柔性导电材料的研究和开发对于柔性电子设备的发展具有重要的意义,如:智能手机、电子皮肤、可折叠的电子书、应变传感器以及可拉伸太阳能电池。由铟锡氧化物(ITO)制备的传统的刚性导电材料已经不能满足新型的柔性设备的需求,几种材料被用来取代ITO,包括:石墨烯、碳纳米管、导电高分子以及金属纳米材料。在这几种取代ITO的材料中,银纳米线(Ag NWs)作为一种新型的纳米材料,不仅具备高的电导率,纳米材料的尺寸效应,同时又赋予了其优异的光学性能和柔韧性,使其在柔性导电材料的制备中具有非常广阔的应用前景。主要介绍了Ag NWs在柔性透明电极和可拉伸电极中的应用。首先介绍了Ag NWs柔性透明电极的制备方法和Ag NWs膜的后处理方法,阐述了每种方法的优势和劣势;将Ag NWs与可拉伸基体结合可获得Ag NWs基可拉伸电极,介绍了几种不同形式的Ag NWs基可拉伸电极包括:二维的、三维的以及纤维状的电极,以及不同形式电极对应的制备方法;除此以外,还介绍了通过将Ag NWs与第二导电组分的复合获得性能优异的柔性导电材料,最后对Ag NWs基柔性电极未来的发展进行了展望。     

热电池电极材料的研究进展

介绍了热电池电极材料的应用和发展,重点讲述了热电池新型阴极和阳极材料的物理化学性能、晶型结构与组成、材料合成机制和制备等方面的研究现状,并探讨了热电池材料的发展方向及存在的问题。热电池的发展方向是大功率、长寿命。寻找阴极材料FeS2的替代材料及阳极材料LiB合金的稳定合成工艺是热电池活性材料的研究重点。     

柔性锂硫电池材料:综述

近年来,随着可穿戴和便携式产品的快速发展,对柔性电子设备的需求日益增加。柔性电池作为其关键部件,得到了越来越多的研究和关注,开发具有高能量密度的柔性电池,对柔性电子设备的未来发展意义重大。锂硫电池具有较高的理论容量和能量密度,且成本低廉,是未来储能领域发展的重要前沿方向。因此,开发高性能的柔性锂硫电池更能满足未来柔性可穿戴电子器件的需求。但是,传统锂硫电池很难实现较高的柔韧性,因为其电极材料多为刚性材料,不易或不能弯曲;电解液为液态,弯曲过程中,容易发生泄漏;电池结构多为传统物理组装,材料界面结合较差。电池弯曲变形后,将丧失原有性能,或发生性能的快速衰退。鉴于此,适用于柔性锂硫电池的电极材料、固态电解质的开发及电池结构设计创新成为国内外学者研究的热点。目前,柔性电极主要采用碳纳米管、石墨烯、碳布、碳纸等碳基材料或高分子材料,在此基础上的改性材料也被广泛应用。这些材料不仅可满足设备对于机械柔性的要求,同时其多孔及大比表面积等性质有助于离子快速的迁移及界面阻抗的降低等,提高了电池整体性能。固态电解质则多采用凝胶电解质、聚合物固态电解质及无机固态电解质,其化学稳定性优良,安全性高,具有较好的柔性和可塑性。同时,根据拓扑原理,可以设计新的电池结构,如纸张叠层型、线缆型、可编织型等,降低形变过程中电池内部结构的应力变化,以满足电池的柔性要求。本文从电极材料、固态电解质及电池结构设计三方面阐述了锂硫电池柔性化研究的相关成果,分析探讨了面临的问题及未来发展方向。     

柔性纤维状锂离子电池材料研究进展

针对当前可穿戴电子产品不断发展对柔性供能器件提出的小型化、灵活化以及可弯曲、折叠的要求，介绍了柔性纤维状锂离子电池的结构，总结了近年来柔性纤维状锂离子电池材料及固态电解质材料的研究进展，指出发展安全可靠、适应性强且性能稳定的柔性纤维状锂离子电池材料是未来可穿戴供能器件的发展重点。     

多电子反应的可充锂电池无机与有机电极材料(英文)

作为电化学能源存储与转换的重要设备,锂二次电池不断地改善着人类的生活.为了满足人们对能量密度和功率密度不断增长的需求,急需为锂离子电池和锂硫二次电池开发高容量、可快速充放的电极材料,寻找用于可充式锂空气电池的高活性的催化剂.高容量要求电极材料具有高的电荷转移数和小的分子质量,快速的电荷转移要求材料离子传输距离短、反应活性位点多,而设计制备纳米结构材料是改善电荷转移和离子电导率的有效手段.本综述总结了最近在锂离子电池、锂硫二次电池和可充式锂空气电池中多电子反应的研究进展,详细地讨论了提高电池倍率和循环性能的方法.可发生多电子反应的先进的锂电池将成为未来的研究重点.     

氟材料在有机太阳能电池中的应用

有机太阳能电池具有成本低、质量轻、柔韧性好等优点,提高有机太阳能电池的光电转化率和降低成本,开发新型的有机太阳能电池材料一直是研究的重点。文中简要介绍了有机太阳能电池的特点、工作原理及发展趋势,提出了含氟共轭聚合物在有机太阳能电池给体材料中的研究,重点讨论了含氟苯并噻二唑,含氟苯并三唑及1,5-并噻吩衍生物的研究。同时,讨论了含氟物质在界面修饰材料中的应用。最后,对含氟共轭聚合物在有机太阳能电池未来的发展做出了展望。