阴阳离子型聚合物电解质组装机理及性能研究
随着人们对超级电容器研究的不断深入，作为超级电容器主要组成部分之一的电解质受到的关注程度日益凸显。在众多电解质材料中，聚合物电解质因与电极之间良好的化学稳定性而成为制备固态超级电容器的优异候选材料。然而，聚合物电解质由于无序的链分散会导致超级电容器较窄的工作温度范围，以及电解质与不同电极之间较差的电化学相容性，使离子的迁移受到阻碍，因而成为制备聚合物基固态超级电容器的主要障碍。 (1)以钠基蒙脱土(Na-MMT)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)聚电解质为原料。采用静电吸引组装策略制备了Na-MMT/PDADMAC复合聚电解质，并与三种不同的电极(AC电极，NiCo(OH)2电极和PPy电极)组装成固态超级电容器。研究结果表明，Na-MMT/PDADMAC复合聚电解质与三种电极具有良好的匹配性能。在15℃、35℃和50℃下各自循环1000次后，基于三种不同电极的超级电容器的电容保有量都维持在90％以上，表现出令人满意的温度循环稳定性。此外，随着Na-MMT含量的增加，Na-MMT/PDADMAC固态电解质薄膜的耐燃烧性能逐渐增加，其耐燃烧时间最长可达到50s，说明固态电解质薄膜具有良好的耐热性能。 (2)为提高超级电容器的温度工作范围和循环稳定性，利用带负电荷的聚苯乙烯磺酸(PSS)和带正电荷的层状双金属氢氧化物(NiCo-LDHs)纳米片为原料，采用静电吸引的组装策略制备了固态PSS/NiCo-LDHs复合聚电解质。基于PSS-LDHs复合聚电解质与活性炭电极组装的固态超级电容器在室温下进行5000次循环后电容保有率仍然维持在98.3％的高水准。此外，在20℃、35℃、50℃、65℃以及80℃下，C@PSS/NiCo-LDHs超级电容器仍然具有96.2％的高电容保持率(5000次循环)，显示出优异的循环稳定性和宽温度工作属性。 (3)为进一步提高聚电解质的多适应性、工作温度范围和循环稳定性，利用带负电荷的钠基蒙脱土(Na-MMT)和带正电荷的层状双氢金属氧化物(NiCo-LDHs)纳米片为原料，采用简便的水热法和静电吸引组装策略，成功制备了纳米级交替堆积的Na-MMT/NiCo-LDHs范德华异质结构。掺杂态PDADMAC-PSS复合聚电解质与三种不同电极组装的固态超级电容器在室温条件下循环7000次后电容保有率均在90％以上，显示出良好的匹配性。在-10℃至90℃的温度CV测试中，基于不同电极的超级电容器比电容均得到有效提升，这表明异质结的掺杂使得复合聚电解质具备宽温度工作范围和高离子迁移率。此外，当Na-MMT/NiCo-LDHs异质结比例为1∶2时(7wt％)，掺杂态PDADMAC-PSS复合聚电解质薄膜的最大耐燃性达到100s，显示了良好的耐热性能。
超级电容器;聚合物;电解质;离子迁移;电化学相容性
西安工业大学
硕士
材料物理与化学
吴新明
2021
中文
TM53
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）