掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质材料研究进展

固体氧化物燃料电池的中低温化要求其电解质材料在中低温范围内具有高的有效离子电导率和良好的稳定性,掺杂氧化铈-碳酸盐纳米复合材料正是这样一种有效离子电导率高,还原气氛下电子电导率的电解质材料。从组成出发简述了掺杂氧化铈-碳酸盐纳米复合材料的研究现状。     

DDBA改性纤维对PEO聚合物电解质性能的影响

针对聚环氧乙烷(PEO)基聚合物电解质室温易结晶的问题，将4-4-二羟基-α,α’-二甲基卞联氮(DDBA)改性芳纶纤维(DF)掺杂在基体中，抑制PEO结晶，提高其离子电导率。通过交流阻抗、差式扫描量热等方法进行表征。结果表明：制备的聚合物电解质在少量DF掺杂时离子电导率有所改善，其中掺杂质量分数2.0%DF的电解质电化学性能最好，在25℃下电导率达到1.5×10^-5 S/cm，离子迁移数提高至0.30。     

碳量子点/聚环氧乙烷固态电解质的制备

针对聚氧化乙烷(PEO)基固态电解质室温电导率较低的问题，通过在PEO中掺杂碳量子点(CQDs)作为填料，制备出不同CQDs含量的PEO基固态电解质，通过差示扫描量热分析技术、X射线衍射技术、扫描电子显微镜(SEM)技术等对其进行表征。结果表明：与PEO基固态电解质相比，掺杂CQDs的PEO基固态电解质的结晶度有明显的下降趋势；通过电化学阻抗测试(EIS)得出，PEO-LITFSI-5%CQDs固态电解质在室温下的离子电导率为2.01×10^-5 S/cm,与PEO-LiTFSI-0%CQDs室温下的离子电导率相比，有明显的提升。     

原位聚合法制备石墨/聚苯胺复合材料

利用原位聚合法制备了细鳞片膨胀石墨/聚苯胺导电复合材料。通过实验,找到了膨胀石墨的掺杂量、氧化剂滴加速度、反应时间及反应体系pH值对电导率影响规律。最佳实验条件为:石墨掺杂40%,pH值为1,反应时间50min,氧化剂的滴加速度4mL/min。此条件制得的复合物电导率为40S/cm。证明石墨与聚苯胺复合可得电导较好的复合材料。     

基于二维Ising模型及Monte - Carlo模拟的锰氧化物Griffiths相研究

在对锰氧化物磁性质实验研究的基础上,利用二维Ising模型及Monte - Carlo方法模拟存在非Ising自旋掺杂系统的磁性质.模拟结果表明,对非Ising自旋系统进行部分掺杂将导致系统的磁性质背离居里外斯定律,出现Griffiths相,通过对非Ising格点紧邻格点自旋大小的统计平均值进行计算,分析了非Ising...     

钐掺杂BaZrO3电解质的制备与电学性能研究

通过高温固相法合成了BaZr_(1-)_xSm_xO_(3-)_δ(x=0.05, 0.1, 0.15, 0.2)电解质材料,并对材料的物相结构进行了XRD表征。分别在空气和4%H_2O/H_2中,温度范围为500～800℃下,通过电化学工作站测试了该电解质材料的电学性能。研究发现,稀土元素Sm的掺杂对BaZrO_3电解质材料的电学性能有重大影响,当Sm元素的掺杂量为0.15时,电解质的电导率达到最大值。结果表明,Sm的掺杂可以有效提高BaZrO_3电解质材料的电导率。     

硅酸盐水泥基复合电解质的制备及其在建筑储能器件中的应用

近几年,将水泥基复合材料用于建筑储能已成为研究热点之一。本文将硅酸盐水泥、丙烯酰胺(AM)混合制备了一种优化的水泥基复合结构电解质,并研究了AM质量分数分别为0%、25.0%、27.5%、30.0%、32.5%和35.0%时对结构电解质的离子电导率、力学性能及微观结构的影响。研究结果表明,增加AM的掺量有助于提高硅酸盐水泥基复合电解质的离子电导率,同时会不可避免地降低电解质的抗压强度。当AM掺量为30.0%时,可以使离子电导率和抗压强度达到理想平衡,抗压强度高达41.1 MPa,离子电导率最大为22.47 mS·cm^-1。此外,对结构电解质与还原氧化石墨烯(rGO)电极组装成一体式的结构超级电容器进行了一系列电化学性能测试,发现AM掺量为30.0%的硅酸盐水泥基复合电解质构成的结构超级电容器的面积比电容最大可以达到96.8 mF·cm^-2。在恒定电流为0.1 mA·cm^-2下充放电循环5 000次后,该结构超级电容器的面积比电容值保持率为91.08%,该结构超级电容器在建筑储能领域具有广阔的应用前景。     

聚偏氟乙烯/氧化硅复合电解质在电致变色器件中的应用

通过控制无机陶瓷填料在电解质中的比例,制备出了有机/无机复合凝胶态电解质膜,用场发射扫描电镜和电化学工作站对其微观结构以及离子电导率进行了表征。结果表明,聚偏氟乙烯(PVDF)与二氧化硅(SiO_2)的质量比为92:8时,所制备的复合凝胶态电解质膜结构较好,电导率达到最大,为2.4 m S·cm~(-1)。将所制备的有机/无机复合凝胶态电解质膜结合喷涂法制备的钼掺杂WO_3电致变色薄膜组装成电致变色器件,对其性能进行了研究。结果表明PVDF:SiO_2=92:8的复合凝胶态电解质所组装的电致变色器件展现出优异的电致变色性能。     

LCI-PEO/PLA固态聚合物电解质电导率的研究

针对聚氧化乙烯(PEO)聚合物电解质室温电导率较低的问题,设计掺杂液晶离聚物(LCI)改善PEO/PLA共混相结构以提高聚合物室温电导率。通过差示扫描量热分析、偏光显微镜技术、扫描电子显微镜技术、电化学阻抗测试等对其进行表征。结果表明:制备的固态聚合物电解质在较低的LCI掺杂下显示出显著的电导率改善。掺杂1.0wt.%LCI在17℃下电导率达到3.58×10~(-5) S/cm,相比于PEO电解质电导率提高了三个数量级。     

Ta、Ba共掺杂石榴石型Li7La3Zr2O12电解质的制备及性能研究

传统锂离子电池采用有机电解液体系,能量密度难以进一步提升,同时存在一定的安全隐患。采用无机固体电解质构建全固态锂电池,在提高电池能量密度同时可兼顾安全性问题。在众多无机固体电解质中,Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)石榴石电解质具有离子电导率高、与金属锂接触稳定等优势,成为受人关注的材料。为了进一步提高该材料的导电性,采用固相法合成Ta、Ba共掺杂LLZO(Li_7-x+yLa_3-yBa_yZr_2-xTa_xO₁₂)电解质,采用X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学阻抗法分析样品的物相结构、微观形貌及离子电导率。结果表明,Ta⁵⁺掺杂能够稳定立方相结构,Ba²⁺作为掺杂剂和烧结剂,促进晶粒生长和陶瓷致密化,从而降低总电阻。其中,Li_6.45La_2.95Ba_0.05Zr_1.4Ta_0.6O₁₂样品在室温下的总电导率为1.07×10^-3 S·cm^-1,活化能为0.378 eV。Ta⁵⁺/Ba²⁺共掺杂有利于制备高致密度和高电导率的石榴石型电解质材料。     

单掺杂ESB电解质与双掺杂DWSB电解质的性能比较

本实验通过双掺杂氧化镝和氧化钨于氧化铋与单掺杂氧化铒于氧化铋所制成的两种电解质进行对比。利用粉末X射线衍射对合成材料进行相分析,利用交流阻抗谱方法测试、计算试样的电导率。研究结果表明,烧结温度选取在800℃时,ESB电解质的结晶度要比DWSB电解质的结晶度要好,并且双掺杂DWSB电解质的晶格常数明显比单掺杂ESB电解质的晶格常数要大。与单掺杂的ESB、DSB、WSB电解质相比,双掺杂的DWSB电解质其结构与δ-Bi2O3的内在结构更加的相近,致使双掺杂的电解质要比单掺杂的电解质的电导率要高。     

固相反应对钆掺杂二氧化铈和钇掺杂铈酸钡电解质电化学性能的影响

采用溶胶–凝胶燃烧法和机械混合法制备CeO2-BaCeO3、Ce0.8Gd0.2O1.9(GDC)-BaCeO3、CeO2-BaCe0.8Y0.2O3-δ(BCY)及GDC-BCY复合粉末,复合粉末中两相的摩尔比为1∶1,并在1550℃保温烧结5h。研究掺杂元素对掺杂CeO2与掺杂BaCeO3固相反应的影响,并研究了固相反应后GDC-BCY复合电解质的电化学性能。结果表明:掺杂元素能够抑制BaO的挥发,促使GDC-BCY复合电解质发生固相反应,形成以BaCe1-x-yGdxYyO3-α相为主的显微组织,其电导率大于单相BCY,略小于单相GDC。GDC-BCY电解质的单电池在700℃时的最大功率密度为0.657W/cm2,均高于相同条件下BCY、GDC电解质的单电池性能。     

纳米ScSZ基电解质中低温导电性研究进展

固体氧化物燃料电池（SOFC）适用于多种燃料气体,高效清洁,是最有前景的燃料电池之一。氧化钪（Sc₂O₃）掺杂二氧化锆（ZrO₂）系列（ScSZ）使氧化锆基电解质表现出优异的离子导电性。ScSZ基电解质晶粒纳米化呈现出了很好的电学性能而得到广泛深入的研究。但是ScSZ基电解质在中低温下会发生相变,产生低导电性的菱形相而影响其离子电导率。系统总结了单元或二元氧化物掺杂ScSZ电解质在中低温下的物相、晶体结构及电导率。多元氧化物复合掺杂ScSZ可有效防止在中低温下发生相变、稳定立方相ScSZ。采用不同方法制备纳米ScSZ基电解质,可很好地提高电解质的电导率。提出了ScSZ系列在中低温范围内（600~800 ℃）的发展方向：优化掺杂成分和掺杂量提高晶粒晶界电导率,使用不同工艺制备纳米电解质或不同制备方法制备新型结构电解质材料。     

SiO_2掺杂（PEO）_8-LiClO_4固体电解质的性能研究

通过正硅酸乙酯水解得到的SiO2溶胶,掺杂于（PEO）8-LiClO4固体电解质体系中。得到厚度约为130μm性能良好的聚合物电解质薄膜,利用交流阻抗法测定聚合物电解质的电导率,通过红外光谱对聚合物电解质薄膜的基团状态进行分析研究。结果表明掺杂SiO2后（PEO）8-LiClO4固体电解质的室温电导率有很大提高,在SiO2质量分数为10%时最高,达到2.522×10-6S/cm;温度的升高有利于电导率的提升,电导率与温度关系遵循Arrhenius方程,在lgσ-1000/T曲线上以为PEO的熔点为转折点,体现为两条斜率不同的直线,在80℃时体系的离子电导率为6.852×10-6 S/cm。红外光谱、XRD分析表明,加入SiO2后PEO的结晶度降低,体系不定形相增加,有利于离子电导率的提高。对该电解质薄膜进行了透光率测定,表明各组分下该薄膜透光率基本保持在96%以上,确定了将其应用于电致变色器件的可能性。     

5mol% Al~(3+)掺杂的TiP_2O_7-TiO_2复合陶瓷的中温电性能研究

以三氧化二铝、二氧化钛和浓磷酸为基本原料,用传统的固相合成法合成了新型的固体电解质材料Al3+掺杂的Ti P2O7-Ti O2复合陶瓷(5mol%Al3+),对合成的复合陶瓷进行了红外光谱、激光粒度仪、XRD测定,并且测定了电导率随实验条件的变化规律。红外结果表明,在样品的结构式中存在Al-O键、P=O键和P-O-Al键等,激光粒度测试表面在一定范围内,粒径分布集中。电导率测试表明在100~300℃温度内,电导率随着温度的升高而增大,300℃时达到最大值7.1×10-4 S·cm-1。     

新能源汽车固态电池中的锂枝晶抑制研究

相比于商业化的锂离子电池,固态电池具有更高的能量密度和更好的安全性。然而,固体电解质依旧面临锂枝晶生长的问题。以目前已大规模工业化的聚氧化乙烯(PEO)基电解质作为研究对象,通过将PEO与高杨氏模量的石榴石型电解质复合,抑制了锂枝晶在PEO基复合电解质中的生长,不仅使电解质膜的离子电导率从9.8×10-6S/cm增加到了3.8×10-4S/cm,还使锂/锂对称电池的临界电流密度从0.4 m A/cm²提高到1.6 mA/cm²。与此同时,组装的基于金属锂负极与传统石墨负极的软包电池可分别获得334.5 W·h/kg与218.2 W·h/kg的能量密度。其中,钴酸锂/复合电解质/石墨软包全电池循环1 000次后的容量保持率可达92.3%,能够满足新能源汽车的需求。     

Li+电池固态聚合物电解质研究进展

固态聚合物电解质具有高安全性、高成膜性和黏弹性等优点,并与电极具有良好的接触性和相容性,是实现高安全性和高能量密度固态Li⁺电池的重要电解质体系。然而聚合物电解质室温离子电导率较低（10^-8~10^-6 S·cm^-1）,不能满足固态聚合物电池在常温运行的需求。因此,在提高离子电导率、机械强度和电化学稳定性等本征属性的基础上,同时探究改善电解质/电极的界面处及电极内部的离子输运是研发固态聚合物Li⁺电池面临的关键问题。主要从改性聚合物电解质用以提高Li⁺电池电化学性能的角度出发,综述了凝胶聚合物电解质、全固态聚合物电解质和复合固态电解质中的离子输运机制及其关键参数,总结了近年来聚合物电解质的最新研究进展和未来的发展方向。     

溶胶-凝胶法低温制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)及其复合电解质的中温燃料电池性能

以三氧化二钐、浓硝酸、硝酸铈铵、柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法低温(900℃)制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)(SDC),低于通常高温烧结温度(1400℃),并与(Li/K)_2CO_3共熔体进行复合。采用DSC-TGA确定制备Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)的烧结温度。XRD结果表明,(Li/K)_2CO_3与Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)复合后没有发生化学反应。SEM图像表明,SDC粒径均匀一致,(Li/K)_2CO_3作为SDC颗粒黏结剂均匀覆盖SDC颗粒表面。采用电化学工作站研究了复合电解质在400~600℃下干燥氮气气氛中的电导率。结果表明,温度为600℃时,复合电解质在干燥氮气气氛中的电导率达到最大值3.3×10~(-2)S/cm,高于单一二氧化铈材料在相同条件下的电导率。氧分压与电导率关系曲线表明,复合电解质具有良好的氧离子导电性。H_2/O_2燃料电池性能测试表明复合电解质Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-α)-(Li/K)_2CO_3(SDC-SG-LK)在600℃开路条件下的电解质阻抗、极化阻抗分别为3.13W·cm~2、0.81W·cm~2,最大输出功率密度为130m W/cm~2。     

含离子液体的凝胶聚合物电解质的导电行为研究

以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为聚合物基体,制备了含离子液体1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(EMIPF_6)和1-甲基-3-乙基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺盐(EMITFSI)的凝胶聚合物电解质,测试了电解质的电导率和阳离子迁移数,并基于自由体积理论的观点对电解质的导电行为进行了研究。结果表明,EMIPF_6-PVDF-HFP与EMITFSI-PVDF-HFP两种离子液体凝胶聚合物电解质,聚合物的分子链段运动对导电离子的迁移影响微小;logσ与1/T呈线性关系,上述两种电解质的导电行为服从阿伦尼乌斯方程,电解质的电导率主要靠自由离子的迁移;离子液体EMIPF_6、EMITFSI的加入促进了Li⁺的自由移动,显著提高了电解质的锂离子电导率。     

PPC/LAGP固态复合电解质制备与性能

将NASICON型无机快离子导体Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3 (LAGP)引入以过滤纤维薄膜为支撑的聚碳酸丙烯酯(PPC)基固态电解质体系中,通过溶液浇铸法制备了一系列不同LAGP含量的PPC/LAGP固态复合电解质,通过力学、热学和电化学方法以及表面形态对其进行了分析和表征。结果表明,以LAGP为锂离子快速传输通道可以显著提高PPC/LAGP固态复合电解质的离子电导率。当LAGP含量为20份时,所制备的PPC/LAGP固态复合电解质的电导率在室温和80℃时分别可达2.07×10~(–4) S/cm和2.6×10~(–3) S/cm,锂离子迁移数提升至0.719,同时,拉伸强度显著增加,得到的固态复合电解质综合性能优异。使用等效电路模拟阻抗谱图的曲线,拟合曲线很好地与实验数据重合。