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使用最广泛的固态电解质是凝胶聚合物,红宝石电容凝胶电解质固态电解质可以避免泄漏问题
点击次数: 发布日期:2024-10-21
使用最广泛的固态电解质是凝胶聚合物,红宝石电容凝胶电解质固态电解质可以避免泄漏问题
红宝石电容使用固态电解质可以避免泄漏问题,因此降低了器件封装的成本,红宝石电容器中使用最广泛的固态电解质是凝胶聚合物,良好的固态电解质应具有以下优点:低成本、无毒、在环境温度下具有较高的离子电导率、良好的机械强度,良好的稳定性和较宽的潜在窗口,与干固体聚合物电解质电导率相比,凝胶聚合物电解质表现出更高的离子电导率,凝胶聚合物电解质通常由作为主体的聚合物骨架、作为增塑剂的有机/水性溶剂和支撑电解质盐组成,聚丙烯酸酯(PAA)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-co-HFP)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(乙二醇)共混聚(丙烯腈)(PAN-b-PEG-b-PAN)是用于制备凝胶电解质的主体聚合物,通常用作增塑剂的有机溶剂是碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁内酯(GBL)和四氢呋喃(THF),通常,将混合两种以上的有机溶剂形成增塑剂,以获得更高的离子电导率、较低的黏度和宽的稳定的电势窗口,在凝胶聚合物电解质中,电解盐应具有大的阴离子和低的解离能,以提供游离/迁移离子,凝胶聚合物电解质可分为三种:锂离子凝胶聚合物电解质;②质子导电凝胶聚合物电解质,其他离子凝胶聚合物电解质锂离子凝胶聚合物电解质 锂离子凝胶聚合物电解质通常用于锂离子电池和红宝石电容器中,迄今为止,各种锂离子凝胶聚合物电解质包括PMMA/LiClO4、PAN-b-PEG-b-PAN/LiClO4、PVA/LiClO4、PVA/LiCl、P(VDF-co-HFP)/SiO2(Li+)、PAE/PVA/SiO2/LiClO4被应用于固态红宝石电容器中,锂离子凝胶聚合物电解质的制备通常是通过将聚合物(PMMA、PVA、PAN等)与溶解在有机溶剂中的锂盐于70~170℃的温度范围内混合来制备,最近设计了一种具有高离子导电性和较大工作电位的凝胶聚合物电解质,利用聚丙烯腈(PAN-b-pegb-PAN)作为骨架,二甲基甲酰胺(DMF)作为增塑剂,LiClO4作为一种电解盐,这种凝胶电解质离子电导率很高可达到6.9×10-3S·cm-1,电化学窗口可达2.1V,LiClO4凝胶电解质有机溶剂通常有毒、易燃且价格昂贵,因此,用水凝胶聚合物电解质替代有机溶剂是非常有必要的,使用水凝胶电解质也可显著降低器件成本,以PVA作为主体,将LiCl作为电解盐,蒸馏水作为溶剂设计了水性凝胶聚合物电解质,这种含水且显中性的LiCl/PVA凝胶电解质可以有效地抑制电极的化学溶解和不可逆的电化学氧化反应,使用该LiCl/PVA凝胶作为电解质,可以提高VOx和VN电极的循环稳定性,例如,在不损耗VOx的电化学性能的情况下,VOx电极在5000次循环后仍保持优异的电容量。凝胶是具有一定几何外形,同时具有固体和液体的某些性质的胶体分散体系,在凝胶电解质中,聚合物不仅是起支撑作用的基体,而且是一种活跃的胶体成分,一般凝胶具有空间网状结构,既具有强度、弹性和屈服值,又能使离子在其中自由扩散,呈半固体状,无流动性,由凝胶的定义我们可以知道,凝胶兼具了固、液两个方面的特性,高度溶胀的凝胶具有与液体一样很大的扩散系数,红宝石电容凝胶体系会随外部环境的变化而具有吸附、脱吸附、负载、分离、缓释物质的功能,这一点无论是固态物质或是液态物质都不具备的,由于全固态聚合物电解质的室温离子电导率很低,远远不能达到实际应用所需的要求,因此在1975年将聚合物浸入含有碱金属盐的有机溶剂中,形成凝胶态,这种凝胶态聚合物电解质不但具有液体电解质的高离子电导率,同时又具有良好的加工性能,凝胶型聚合物电解质中包含有大量液体,电解质盐主要分散在液体相中,其离子传输也主要发生在液体相中,其传输机理与液体电解质相似,聚合物材料种类繁多,作为凝胶型聚合物电解质的骨架材料必须满足以下要求:成膜性好、膜强度高、电化学窗口宽、在有机电解液中稳定性好等,凝胶型聚合物电解质可以分为两种类型,一种是物理交联型凝胶型聚合物电解质,另一种是化学交联型凝胶型聚合物电解质,物理交联型一般是线型聚合物分子与溶剂、盐通过非共价键作用,自组装成网络结构,进而使整个体系凝胶化,形成凝胶膜,化学交联型才是真正意义上的凝胶体,是先在有机电解液中添加单体和引发剂,然后通过加热或光辐射使单体发生聚合,通过共价键作用形成的网络结构,由这种网络结构构成凝胶聚合物电解质,凝胶聚合物电解质实质上是一种增塑体系,是将溶剂分子固定在高分子链间而形成的高分子膨胀体系,红宝石电容凝胶态聚合物电解质主要是由聚合物、增塑剂等几部分组成的,在电池中同时兼具隔膜和离子载体的功能,固态电解质是柔性固态红宝石电容器的另一个关键组成部分,与液体电解质相比,固态电解质易于处理,具有更高的可靠性和更宽的操作温度范围。

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