理论教育 离子液体凝胶:高离子导电性的新型聚合物电解质

离子液体凝胶:高离子导电性的新型聚合物电解质

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:离子液体以其独特的热稳定性、非挥发性、电化学稳定性和高离子导电性而备受关注。离子液体凝胶具有较高的离子导电性,因此,它们作为聚合物电解质在燃料电池、锂二次电池、染料敏化太阳能电池、双电层电容器、双电层晶体管等电化学器件中的作用是广泛研究的课题。我们在高压下制备了聚合物离子液体凝胶,发现聚合物离子液体凝胶的离子导电性对压强也较为敏感。

离子液体凝胶:高离子导电性的新型聚合物电解质

离子液体以其独特的热稳定性、非挥发性、电化学稳定性和高离子导电性而备受关注。离子液体现在正成为继水和有机溶剂体系之后的第三类溶剂。将离子液体掺入聚合物基质中可制备出聚合物离子液体凝胶。离子液体凝胶具有较高的离子导电性,因此,它们作为聚合物电解质在燃料电池、锂二次电池、染料敏化太阳能电池、双电层电容器、双电层晶体管电化学器件中的作用是广泛研究的课题。在离子液体凝胶中,分子链通常通过分子内或分子间的非共价相互作用(如氢键、π-π堆积和离子相互作用)来捕获溶剂而形成网络结构。而且,这些分子内或分子间的非共价相互作用对温度、pH值、光和压强物理刺激非常敏感。例如,Zhang和Lee等(2011)研究了热力学方法诱导的嵌段共聚物(PB-PEO)在离子液体中溶解度的变化,发现PB-PEO/离子液体体系呈现球形体心立方晶格、六方有序柱状体和片状相。Ueki等(2012)发现疏水性离子液体中二嵌段共聚物的可逆光诱导自组装行为。我们在高压下制备了聚合物离子液体凝胶,发现聚合物离子液体凝胶的离子导电性对压强也较为敏感。

超声波是一种高频机械波,需要物理介质来支持其传播。当超声波在液体或液体-粉末悬浮液等介质中传播时,会产生空化效应,从而产生极端的物理和化学条件。这种空化效应可以提供高能量来诱导某些化学和物理变化,这些变化在化学反应(如卤代烃的降解、聚合反应、氧化-还原反应和反应选择性)中早已被研究过。此外,令人惊奇和好奇的是,超声波作为一种外部刺激,被观察到可以促进凝胶的形成。超声波可能适合于以高能量屏障的动态方式刺激凝胶,然而很少有研究表明这一点。(www.daowen.com)

为了进一步研究超声波辐照对聚合物离子液体凝胶结构和性能的影响,本章分别制备了聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)/离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺[Emim][TFSI])。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)对凝胶结构和热力学行为进行了表征,并用交流阻抗谱对其电化学行为进行了研究。详细讨论了超声波辐照下PVDF-HFP/[Emim][TFSI]凝胶的形成机理。

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