关于聚合物电解质膜的最新状况的总结

关于聚合物电解质膜的最新状况的总结

电解质电容器

按电容器活性物质储能方式分为3类:

第一类是以活性炭为正负电极的电双层电容器，这类储能方式与传统的电解电容器类似，不同之处在于该电容器以电极/电解液液面形成的电双层作为隔离电荷的屏障，由于这类电容大都采用多孔活性炭作电机，因此存储的电荷多。

第二类是金属氧化物电容，以氧化镍为代表，储能方式与电池类似，但充放电的速度快的多，存储能量的密度比电双层电容大。

第三类是高分子聚合物电容，聚苯胺、聚丙苯等，以导电的高分子聚合物为电极材料，通过聚合物在充放电过程中发生化学反应、在聚合物上快速产生N型或P型杂质，从而使聚合物存储很高的电荷[1-2]聚合物电解质膜

所谓的聚合物电解质是几类性质不同但都含有聚合物的电解质

材料。早期的聚合物电解质是不含溶剂的，仅靠极性高分子网络中的离子导电的材料。近年来出现的增塑化聚合物，实际上属于凝胶物质的一类。与传统的聚合物电解质不同的是，在导电聚合物电解质中可加入少量的高介电常数溶剂增强导电性。现在离子导电橡胶和离子交换膜也统称为聚合物电解质。

不含增塑剂的聚合物电解质。不含增塑剂的聚合物电解质可以看作是无机离子溶于聚合物这种特殊的溶剂中。与一般的溶剂相比，聚合物这种溶剂是干态的，不具有流动性。要使盐溶于聚合物中形成均匀溶液，聚合物链与盐之间必须存在相互作用。聚氧乙烯是这类材料的最典型代表。[3]

聚合物电解质膜的发展现状

随着便携式电子设备、可穿戴式电子设备及环保绿色电动机车的兴起，研发柔性和高安全可靠性高电源设备的需求越来越大。聚合物电解质，作为一种以固态离子导体形式存在的聚合物多相复合材料，它的相关基础理论和技术研究逐渐受到了越来越多的科技工作者们的青睐，正成为推进上述需求发展趋势的重要一环。不过，从目前的研究现状看，聚合物电解质的商业化推广效果并不理想。限制聚合物电解质应用的根本原因在于离子电导率和固相特性之间的矛盾。[4]然而以聚合物电介质材料为主体的薄膜电容器热稳定性差，无法在高温环境下稳定工作。尤其在高电场作用下，温度升高会导致聚合物电介质内部泄漏电流呈指数上升趋势，造成充放电效率及储能密度急剧下降，无法满足应用需求。更严重的是，泄漏电流转变成焦耳热，使电容器温度持续上升，最终损坏。长期以来，国内外学者主要通过纳米掺杂来提升电容薄膜的高温介电储能性能，但目前无法实现规模化制备及应用。工业界的解决方法是引入冷却系统将工作环境温度降至

电介质材料最高使用温度以下。例如，丰田普锐斯混合动力汽车电控系统使用冷却系统将环境温度从120-140摄氏度降至70-80摄氏度。然而，冷却系统的存在无疑会增加动力系统的质量和体积，降低燃料使用效率。最近清华大学提出采用等离子体增强化学气相沉积技术在聚合物薄膜表面快速沉积具有宽能带隙的纳米绝缘层，以提高电极/介质界面处的电荷注入势垒，从而抑制聚合物电介质薄膜在高温下的泄漏电流，大幅提高了聚合物电介质薄膜在高温、高电场下的储能特性。该方法能够实现在大气压条件下快速沉积，具备连续处理的能力；其室温沉积特性使得该方法直接适用于任意聚合物介质薄膜。通过引入卷对卷薄膜加工技术和动态沉积，可实现规模化、连续化生产。该方法具有无污染、简便、高效、低成本等特点，并且可与现有聚合物电容器薄膜生产线相兼容。[5-6]

研究的学校:清华大学，电子科技大学，山东大学

参考文献

[1]张炳力, 赵韩, 张翔,等. 超级电容在混合动力电动汽车中的应用[J]. 汽车工程学报, 2003(5):48-50.

[2]张宏伟,周震涛.燃料电池聚合物电解质膜[J].化学进展,2008,(4):602-619.

[3]陈光．新材料概论：科学出版社，2003年

[4]黄逸夫.新型聚合物电解质材料合成、结构及功能化的研究[D].中山大学,2016.

唐致远, 王占良. 聚丙烯腈基聚合物电解质[J]. 化学通报, 2002, 65(6):379-384.

[5]唐致远,王占良.聚丙烯腈基聚合物电解质[J].化学通报,2002(06):379-384.

[6]A Scalable, High-Throughput, and Environmentally Benign Approach To Polymer Dielectrics Exhibiting Significantly Improved Capacitive Perfor

mance at High Temperatures.(Nature\ADVANCED MATERIALS)