离子型凝胶聚电解质的制备及离子传输特性的研究

发布时间：2020-08-28 02:23

【摘要】：凝胶聚合物电解质(GPE)以其高可设计性、安全不泄露和环保等优点近年来广泛应用于超级电容器,在凝胶聚电解质中引入离子型单体有利于提高其离子传输性能。本文以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为基体材料,分别引入阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、两性离子单体3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(SPE)共聚,并加入聚乙烯醇(PVA)共混改性,以期望获得离子导电率高、电化学和机械性能优良的聚电解质。通过溶液浇铸法制备了P(NVP-co-DMDAAC)/PVA GPE。采用正交试验优化实验配方,当单体配比为1:1、引发剂0.5%、交联剂1.5%、温度80℃时,P(NVP-co-DMDAAC)膜的离子电导率达到最大值2.86×10~-22 S/cm。加入PVA进行共混制备了P(NVP-co-DMDAAC)/PVA IPN GPE,通过对不同PVA含量的GPE膜进行吸液率、拉伸强度、热稳定性、离子电导率的测定,确定了PVA含量为10%时,吸液率为167%、拉伸强度达到2.37 MPa、热分解温度在300-400℃范围、电导率为3.66×10~(-2) S/cm,综合性能最好,且具有较高的介电常数27.19(频率1KH)。对不同厚度的P(NVP-co-DMDAAC)/10%PVA凝胶聚电解质膜的电化学性能测试表明,随厚度的减小,比电容得到相应提高,其比电容达到了较好的水平39.4 F/g,能量密度和功率密度分别为1.37 Wh/kg,25 W/kg,通过循环1000次,电容的保持率仍达到94.6%。通过溶液浇铸法制备了P(NVP-co-SPE)/PVA GPE。采用正交试验优化实验配方,当单体配比为2:1、引发剂1%、交联剂2%、温度65℃时,P(NVP-co-SPE)膜的离子电导率达到最大值3.02×10~-22 S/cm。加入PVA进行共混制备了P(NVP-co-SPE)/PVA IPN GPE,通过对不同PVA含量的GPE膜进行吸液率、拉伸强度、热稳定性、离子电导率的测定,确定了PVA含量为15%时,吸液率为327%、拉伸强度达到6.17 MPa、热分解温度为328℃、电导率为4.29×10~(-2) S/cm,综合性能最好,且具有较高的介电常数20.37(频率1KH)。对不同厚度的P(NVP-co-SPE)/15%PVA凝胶聚电解质膜的电化学性能测试表明,随厚度的减小,比电容得到相应提高,其比电容达到了较好的水平59 F/g,能量密度和功率密度分别为2.66 Wh/kg,57 W/kg,通过循环1000次,电容的保持率仍达到86.3%。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TQ427.26

【参考文献】