基于NVP的凝胶聚电解质的制备及性能研究

基于NVP的凝胶聚电解质的制备及性能研究凝胶聚合物电解质(GPE)具有无液体泄漏、柔性、结构简单、环保等优点,
在储能器件中具有较好的应用价值和前景。

聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)是一类较好的水溶性聚电解质基体材料,且单体易于改性、合成简便。

共聚和共混是提高GPE离子电导率和机械强度的有效的方法。

以N-乙烯基
吡咯烷酮和对苯乙烯磺酸钠为共聚单体,采用自由基溶液聚合的方法制备聚(N-
乙烯基吡咯烷酮-co-对苯乙烯磺酸钠)即P(NVP-co-SSS)基GPE。

通过探究引发剂用量、交联剂用量、温度、单体配比等因素对膜的吸液率和离子电导率的影响,得到在引发剂用量为1.5 wt.%,交联剂用量为1.0 wt.%,温度为70 ℃,单体配比为2:1时,膜的综合性能最佳,其膜吸水率为18.57 g·g-1,
离子电导率为3.58×10-3S/cm。

相比PVP体系,共聚膜的离子电导率提高了两个数量级,FTIR和XRD测试显示共聚膜的结晶度降低,TGA分析表明共聚提高了热稳定性,其最大热分解温度为444.1℃;机械强度略有提高,为4.2 MPa;以活性炭为电极的GPE的超级电容器其电化学性能测试显示,P(NVP-co-SSS)基GPE具有较好的电化学性能,其比电容为17.86F/g,充放电循环1000次后,比电容为原来的75%。

以P(NVP-co-SSS)共聚物与聚乙烯醇(PVA)共混制备P(NVP-co-SSS)/PVA基GPE。

探究PVA含量对GPE性能的影响。

相比P(NVP-co-SSS)基GPE,共混膜的离子电导率增大,达10-2 S/cm数量级;TGA分析表明P(NVP-co-SSS)/PVA基GPE热稳定性较好,最大热分解温度基本不变;机械强度具有较大的提高,PVA含量为20%时,拉伸强度达10.27 MPa,为
P(NVP-co-SSS)基GPE膜的2.5倍,PVA含量为50%时,拉伸强度为20.33 MPa,断
裂伸长率达637%;以活性炭为电极的聚电解质膜的超级电容器电化学性能测试
显示,P(NVP-co-SSS)/PVA基GPE电化学性能有所提高,PVA含量为20 wt.%、30 wt.%的超级电容器首次充放电的比容量为19.42 F/g、23.55 F/g,充放电循环500次后比容量为原来的90%,在1000次循环后,比容量仍为原来的85%左右。