理论教育 离子液体凝胶的制备及应用研究

离子液体凝胶的制备及应用研究

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:通常聚合物离子液体凝胶的电导率在10-8~10-3 S/cm(25℃),热稳定温度最高可达250℃。然而对于应用而言,离子液体凝胶应具有更高的离子电导率。在聚合物离子液体凝胶系统中,离子的移动像液态一样自由,聚合物的网络结构提供了一个机械完整性。这些研究结果显示,聚合物离子液体凝胶的结构和性能对物理外场的诱导是非常敏感的。

离子液体凝胶的制备及应用研究

在高能量密度锂电池燃料电池太阳能电池电化学窗口领域,凝胶电解质(Gel Polymer Electrolytes,GPEs)被认为最具潜力的电解质薄膜,是通过聚合物将液体电解质凝胶化而得到具有空间网络结构的凝胶薄膜。GPEs具有一些特殊的性能,如高的离子电导率、良好的机械稳定性、宽的电化学窗口和优异的界面稳定性。然而,研究发现有机溶剂凝胶电解质的热稳定性和电化学性能较差。有机溶剂作为电解质时,由于其自身的挥发性限制了凝胶的热稳定性,且相对窄的电化学窗口也限制了其电化学稳定范围。

离子液体(Ionic Liquids,IL)以其优异的性能越来越受到人们的关注,例如,不挥发、不燃烧、高的离子传导率和宽的电化学窗口等。这些奇特的性质使其有望应用于电化学设备。目前为止,研究者已经采用聚合物PVDF-HFP、PMMA、PVA、明胶和聚离子液体等线型高分子材料作为凝胶材料,将离子液体凝胶化而制备成聚合物离子液体凝胶电解质。通常聚合物离子液体凝胶的电导率在10-8~10-3 S/cm(25℃),热稳定温度最高可达250℃。然而对于应用而言,离子液体凝胶应具有更高的离子电导率。在聚合物离子液体凝胶系统中,离子的移动像液态一样自由,聚合物的网络结构提供了一个机械完整性。离子移动能够提供较好的导电功能,聚合物凝胶网络结构提供了一定的机械强度。因此,聚合物作为凝胶基质时,其结构对于凝胶电解质的性能具有决定性的影响。

He和Lodge(2007)采用加热方法研究了嵌段聚合物在离子液体中的溶解性,Ueki等(2012)报道了光控制的嵌段聚合物在疏水性离子液体中的可逆自组装行为。这些研究结果显示,聚合物离子液体凝胶的结构和性能对物理外场的诱导是非常敏感的。采用物理外场有望实现对聚合物离子液体凝胶结构和性能的优化。(www.daowen.com)

为了进一步研究聚合物离子液体凝胶结构对其性能的影响,本章主要讲述了一种聚合物离子液体凝胶制备的高压新方法,并对高压制备的离子液体凝胶的电化学性能进行了研究。采用原位高压荧光的方法研究了PEG/[Emim][EtSO4]的溶胶—凝胶转变温度与压强的关系,得出了该凝胶的高压相图。同时,将PEG/[Emim][EtSO4]凝胶分别在常压和高压下进行了制备。并采用WAXD、DSC、循环伏安法和交流阻抗法对凝胶的结构和电化学性能进行了表征和检测。

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