电解质制备及其应用
电解质材料的制备与应用
电解质材料的制备与应用随着社会的进步和技术的发展，电子设备的需求不断增加。
为了满足电子设备的需求，电解质材料的制备和应用成为了一项热门研究领域。
电解质材料可以用于制造电池、储能设备、电容器等电子器件，具有广泛的应用前景。
一、电解质材料的种类及特征目前，常见的电解质材料主要包括有机电解质、无机电解质和高分子电解质。
有机电解质是由有机物质制成的，其特点是导电性好、重量轻、成本低，但其耐高温性较差；无机电解质是由无机物质制成的，其特点是稳定性好、耐高温，但导电性差；高分子电解质是利用高分子材料制成的，其特点是电化学稳定性好、灵活性强，但也存在导电性差等缺点。
二、电解质材料的制备方法1、有机电解质的制备有机电解质是由含氟材料溶解于有机溶剂中制成的，制备方法主要有两种：浸渍法和聚合法。
浸渍法是将氟碳酸盐或氟含杂环烷基磺酸盐溶解于有机溶剂中，再将电解质材料浸泡于其中，经过干燥后即可制成有机电解质。
聚合法则是将含有含氟单体的有机物质溶解于有机溶剂中，利用活性自由基聚合反应制成高分子有机电解质。
2、无机电解质的制备无机电解质可以由氟化锂、氯化锂等无机物质制成，其制备方法主要包括溶胶-凝胶法、聚合方法、干燥法等。
其中，溶胶-凝胶法是将无机物质与有机物混合制成混合物，制成凝胶状，再在高温下煅烧，使其形成无机电解质；聚合方法则是利用预聚物与无机物质反应，形成无机电解质。
3、高分子电解质的制备高分子电解质是利用含氟单体进行聚合反应制成的，其制备方法主要包括沉淀聚合法、悬浮聚合法和微乳聚合法。
在实际应用中，高分子电解质的制备方法可以与有机电解质、无机电解质等混合使用，以提升其性能。
三、电解质材料的应用电解质材料主要用于制造电池、储能设备、电容器等电子器件。
其中，电池是最主要的应用领域，电解质材料的种类和性能直接影响到电池的使用寿命和效率。
近年来，锂离子电池、固态电池等新型电池的研究和开发，也对电解质材料的需求提出了更高的要求。
聚合物电解质的合成及其应用
聚合物电解质的合成及其应用随着电子技术的不断发展，电池作为能源存储的重要手段也得到了广泛应用。
在各种电池中，聚合物电解质因其较低的漏电流和较高的泄电容量等特点，越来越受到人们的青睐。
本文主要介绍聚合物电解质的合成及其应用。
1.聚合物电解质的分类聚合物电解质按照其导电单元的不同分类，可以分为阴离子型聚合物电解质、阳离子型聚合物电解质和混合型聚合物电解质。
其中，阴离子型聚合物电解质和阳离子型聚合物电解质是最常见的两种聚合物电解质。
2.聚合物电解质的合成方法聚合物电解质的合成方法包括化学合成、电化学合成、自由基聚合法、离子聚合法、原子转移自由基聚合法等多种方法，其中，化学合成是最为常见的方法之一。
化学合成中，聚合物电解质的合成通常采用原子转移自由基聚合法。
这种方法中，聚合物电解质的单体一般为具有双亲性的单体，既有亲水基团，又有疏水基团。
另外，聚合物电解质通常还需要功能化单体，如含磷酸单体。
3.聚合物电解质的应用聚合物电解质的应用包括锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等。
现在，锂离子电池作为最常用的电池之一，聚合物电解质在其中的应用越来越广泛。
与传统的有机液态电解液相比，聚合物电解质的优点主要有：首先，聚合物电解质的导电性能好。
由于聚合物电解质中的阳离子或阴离子在高分子中随机分布，并与高分子链结合，导致离子的流动路径更加曲折，这限制了离子的自由运动。
不过，聚合物电解质与有机液态电解质相比，其离子迁移数更高，导电性能更好。
其次，聚合物电解质具有优异的化学稳定性。
由于聚合物电解质的高分子性质，其化学稳定性比有机液态电解质要高得多，不易被氧化或分解。
再次，聚合物电解质的力学性能更优异。
由于聚合物电解质中的聚合物具有柔韧性，其力学性能比固态电解质更好，不易破裂或产生内部应力。
最后，聚合物电解质的安全性更高。
由于聚合物电解质是固态的，不易泄漏，因此相对于有机液态电解质，其安全性也更高。
4.总结聚合物电解质的合成和应用是一个既有挑战性又有前景的领域。
电解质材料的制备及应用研究
电解质材料的制备及应用研究电解质材料是一类重要的功能性材料，是电池、电容器、LED等各种电子器件中不可或缺的关键材料。
电解质材料制备和应用研究一直是材料科学领域中的重要课题,在实际应用中具有广泛的应用前景。
本文将介绍电解质材料的种类、制备方法以及应用研究的一些进展。
一、电解质材料种类电解质材料种类繁多，根据其离子传导机制不同，可分为离子液体、聚合物电解质、无机电解质、纳米孔道、胶束等多种类型。
以下将对几种电解质材料作简要介绍：1、离子液体离子液体是一种良好的离子导体，因其具有高离子迁移数、低熔点、极低的蒸汽压和较好的热稳定性而备受关注。
同时，离子液体还具有较好的电化学稳定性、低毒性和不挥发性等性质，已被广泛应用于能源储存、传感器、催化等领域。
2、聚合物电解质聚合物电解质是指电解质中使用的聚合物材料，也是一种比较常见的电解质材料。
其特点是具有良好的高温稳定性、橡胶弹性和较高的离子迁移率。
聚合物电解质广泛应用于锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等领域。
3、无机电解质无机电解质是传统的电解质材料，如LiClO4、LiPF6、LiBF4等。
这类电解质材料具有优异的离子导电性能，但也存在一些问题，如易副反应，不易与电极材料配合、挥发性大等。
因此，近年来研究者试图通过将无机电解质与聚合物复合或钙钛矿条件下的固体电解质等方式来克服其缺点。
二、电解质材料制备方法电解质材料是一种功能性材料，其制备技术种类繁多。
不同的电解质材料需要采用不同的制备方法，以获得所需的微结构。
1、聚合物电解质的制备聚合物电解质的制备方法大致可分为三类：溶液法、浇铸法和染料法。
其中溶液法是一种较常见的制备方法，其基本原理是将聚合物、电解质等混合物溶于特定溶剂中，通过降温、添加凝固剂将其凝固成膜。
常用的溶剂有硝酸盐、聚醚等。
浇铸法是将合适比例的聚合物、电解质等物质粉末混合均匀，加入适量溶剂制成糊状物，然后采用浇铸法将其制成所需结构的电解质，是一种比较简单的制备方法。
保水凝胶电解质的制备、性能及其应用
保水凝胶电解质的制备、性能及其应用摘要：针对传统柔性锌空电池所用的凝胶电解质易失水，寿命短的问题，本文采用TEAOH作为保水材料，加入到PVA-KOH传统凝胶体系中，制备了TEAOH-PVA-KOH复合电解质，研究了其失水特性与在柔性锌空电池中的电池性能。
研究发现，TEAOH-PVA-KOH具有良好的保水性能，同时，能够使所制备的柔性锌空电池具有1 V的放电平台与2 V的充电平台。
关键词：四乙基氢氧化铵，保水，凝胶电解质，柔性锌空电池1 引言柔性锌空电池具有较高的理论能量密度，可达1086 W h/kg，是锂电池的3~5倍[1]；同时，具有较好的柔性与安全性，可作为柔性储能器件被应用于能量需求较高的柔性电子器件[2]。
目前，所研究的柔性锌空电池主要由锌负极，半固态凝胶电解质，以及搭载有催化剂的空气电极组成。
其中，对于负载催化剂的空气电极研究较为广泛，而对于凝胶电解质的研究较少。
已有报道的柔性锌空电池所使用的凝胶电解质主要是PVA-KOH体系，PVA-KOH凝胶电解质在空气中易失水，尤其是电池充放电循环时失水现象更为严重，凝胶表面溢出的水会淹没空气电极，造成空气电极催化剂失效，使得充放电性能下降，循环寿命短，大大限制了柔性锌空电池的大规模应用。
因此，对于提升凝胶电解质的保水性能，具有重大意义。
针对以上背景，本文创新性的提出将TEAOH引入到传统的PVA-KOH凝胶电解质体系中，使凝胶电解质具有良好的保水性能和高OH–离子浓度，同时也提升了离子迁移率。
该凝胶电解质在柔性锌空电池的应用，在保持电池的循环性能下，又延长了循环寿命。
对于推动柔性锌空电池的实际应用具有重要意义。
2 实验2.1实验原料聚乙烯醇（PVA MW~195000，上海迈瑞尔化学技术有限公司）；四乙基氢氧化铵（TEAOH MW 147.26, 35 wt%，萨恩化学技术上海有限公司）；氢氧化钾（KOH 试剂纯 95%，上海麦克林生化科技有限公司）；二次去离子水作为实验用水。
氯化钾凝胶电解质
氯化钾凝胶电解质氯化钾凝胶电解质是一种常用的电解质溶液，适用于各种类型的电化学应用，例如电池，超级电容器和燃料电池等。
本文将对氯化钾凝胶电解质的制备方法、特性及应用进行详细介绍。
氯化钾凝胶电解质的制备方法多种多样，常见的方法包括冷冻法、溶胶-凝胶法和模板法等。
冷冻法是最常用的制备氯化钾凝胶电解质的方法之一。
首先，将氯化钾加入适量的溶剂中，并加热搅拌使其彻底溶解。
然后，将溶液冷却至低温，形成凝胶。
最后，通过减压或冻干将溶剂从凝胶中去除，得到氯化钾凝胶电解质。
溶胶-凝胶法是另一种常用的制备氯化钾凝胶电解质的方法。
该方法通过调节氯化钾与溶剂的比例，可以控制凝胶的性质。
首先，将氯化钾溶解于溶剂中，并加热搅拌直到溶解。
然后，将溶液放置一段时间，使其形成凝胶。
最后，通过减压或冻干将溶剂从凝胶中去除，得到氯化钾凝胶电解质。
模板法是一种制备高比表面积氯化钾凝胶电解质的方法。
该方法首先需要制备一个具有特定孔隙结构的模板，例如聚合物模板或硅胶模板。
然后，将氯化钾浸渍于模板中，并通过热处理或化学反应，将氯化钾转化为凝胶。
最后，通过溶剂去除模板，获得氯化钾凝胶电解质。
氯化钾凝胶电解质具有许多独特的特性，使其在电化学应用中广泛使用。
首先，氯化钾凝胶电解质具有较高的离子传导性能，可以提供良好的电导率。
其次，氯化钾凝胶电解质具有较好的化学和热稳定性，能够在较宽的温度范围内稳定运行。
此外，氯化钾凝胶电解质还具有较高的机械强度和较低的粘度，便于加工和制备成薄膜。
氯化钾凝胶电解质在多种电化学应用中有着广泛的应用。
首先，氯化钾凝胶电解质常用于低温燃料电池中作为质子交换膜，用于传递质子。
其次，氯化钾凝胶电解质还可以用于超级电容器中，作为电荷分离的介质。
此外，氯化钾凝胶电解质还可以用于锂离子电池中，用于提供离子传输。
综上所述，氯化钾凝胶电解质是一种常用的电解质溶液，具有较高的离子传导性能、化学和热稳定性、机械强度和低粘度等优点。
它在燃料电池、超级电容器和锂离子电池等电化学应用中有着广泛的应用前景。
BMIMBr水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用
第43卷第2期2024年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.2February,2024BMIMBr 水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用李建栋1,杨震樱1,丁扬飞2(1.绍兴职业技术学院建筑与设计艺术学院,浙江㊀绍兴㊀312000;2.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海㊀201804)摘要:为了提高离子电导率和电化学性能,本文选用室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴化物(BMIMBr)作为氧化还原活性添加剂,制备了一种具有高离子电导率和良好力学性能的水泥基电解质,该材料可用于制作结构超级电容器㊂结果表明,含20%(质量分数)BMIMBr 的水泥基电解质的离子电导率最高,为35.91mS㊃cm -1㊂BMIMBr 能够提供可产生还原反应的Br -,同时增加游离态离子的数量,这有利于电解质中的离子传导,并获得更高的比电容㊂当电流密度为0.05A㊃g -1时,结构超级电容器具有20.07F㊃g -1的高比电容㊂恒定电流充放电循环1000次后,电容保持率达到83.6%,库伦效率为97.56%,展现了良好的循环寿命㊂关键词:水泥基电解质;超级电容器;氧化还原;离子电导率;比电容;循环寿命中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)02-0509-08Preparation of BMIMBr Cement-Based Electrolyte and Its Application in Structural SupercapacitorLI Jiandong 1,YANG Zhenying 1,DING Yangfei 2(1.College of Architecture and Design,Shaoxing Vocational and Technical University,Shaoxing 312000,China;2.Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials of the Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 201804,China)Abstract :To improve the ionic conductivity and electrochemical performance,a cement-based composite electrolyte with high ionic conductivity and good mechanical strength was synthesized by using room temperature ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazole bromide (BMIMBr)as redox active additive,which can be applied to construct structural supercapacitor.The results show that the ionic conductivity of cement-based composite electrolyte containing 20%(mass fraction)BMIMBr reaches the highest value of 35.91mS㊃cm -1.BMIMBr can provide Br -which can produce reduction reactions and increase the number of free ions,which is beneficial for ion transport in electrolyte and obtains higher specific capacitance.The structural supercapacitor shows a high specific capacitance of 20.07F ㊃g -1at a current density of 0.05A㊃g -1.After 1000cycles of galvanostatic charge-discharge,the capacitance retention rate reaches 83.6%and coulomb efficiency is 97.56%,demonstrating an excellent cycle lifespan.Key words :cement-based electrolyte;supercapacitor;redox;ionic conductivity;specific capacitance;cycle lifespan收稿日期:2023-08-23;修订日期:2023-10-08基金项目:国家重点研发计划(2019YFC1906203);校级课程教学创新团队项目(JYTD2022)作者简介:李建栋(1982 ),男,高级工程师㊂主要从事固体废弃物在水泥基材料中的应用研究㊂E-mail:lijiandong9176@ 通信作者:杨震樱,副教授㊂E-mail:159****1791@ 0㊀引㊀言近年来,由于能源消耗和碳排放等问题日益严峻,降低建筑行业能耗和碳排放迫在眉睫[1-2]㊂根据国际能源署的数据[3-4],建筑为全世界核心能源消耗者之一,约占总能耗的1/3,占碳排放的40%㊂因此,将建筑材料(如水泥㊁混凝土㊁砖等)开发成大型电化学储能装置是一种使建筑物实现自供电和绿色可持续发展的途径[5-8]㊂通过与光伏板结合使用,将大量的太阳能储存于建筑物的墙壁和屋顶等结构中,缺乏光照时利用太阳能为照明系统和其他控制器提供电能,从而有效缓解可再生能源与电力需求在时间和空间上不匹配的510㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷问题㊂传统的液态电解质具有高离子电导率和比电容的优点㊂然而,电解液易燃,易泄露,一旦发生短路会即刻产生大量的热,引发严重的安全事故㊂为了解决这些问题,许多研究者开发了准固体或全固体电解质[9-12]㊂固态电解质可从根本上避免液体电解质的泄露问题,此外,固态电解质还具有更宽的工作电压区间㊁易于做成薄膜等优点,因此被广泛应用于微电子㊁电动汽车㊁储能电网等相关领域㊂然而固态电解质仍然存在离子电导率低的缺点㊂一般而言,固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两大类㊂无机固态电解质由多组分无机材料和导电盐组成[13-15],其力学性能良好,但成本高,加工性差,室温离子电导率较低,与电极的界面接触不稳定㊂因此,无机电解质难以取代传统的液态电解质㊂聚合物电解质由于出色的安全性㊁均匀性和可加工性受到人们的青睐[16-19]㊂但是,聚合物电解质往往存在室温离子电导率低㊁易被刺穿等问题㊂此外,电解质的离子电导率和力学性能往往相互矛盾㊂如果一个材料的离子电导率较高,那么它的力学性能就相对较低,反之亦然[20]㊂无机-有机复合电解质由于可以结合二者的优势而成为非常有潜力的电解质体系㊂本文研究了一种用于固态超级电容器的具有高离子电导率和优良力学强度的水泥基电解质,其中水泥浆作为结构材料,承受外界载荷,聚丙烯酸(PAA)作为聚合物宿主,溶解高浓度导电盐,促进自由离子迁移[21-22]㊂采用扫描电子显微镜(SEM)分析了水泥基电解质的微观性能㊂此外,探讨了基于水泥基电解质的结构超级电容器的电化学储能性能㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料本试验所采用的水泥为海螺水泥公司生产的42.5R规格的硅酸盐水泥,其主要化学成分见表1㊂采用苏州泰利泡沫金属有限公司生产的厚度为1.7mm的多孔泡沫镍作为负载电极活性物质的基底㊂浓度为50%的聚丙烯酸溶液(PAA)㊁氢氧化钾(KOH)㊁1-丁基-3-甲基咪唑溴化物(BMIMBr,>97.0%)㊁尿素((NH2)2CO,>99.1%)㊁硝酸镍六水合物(Ni(NO3)2㊃6H2O)㊁硝酸钴六水合物(Co(NO3)2㊃6H2O)和无水乙醇(C2H5OH,98%)均购买于国药控股化学试剂有限公司㊂试验用试剂均为分析纯,试验用水为去离子水㊂表1㊀硅酸盐水泥的主要化学成分Table1㊀Main chemical composition of Portland cementComposition SiO2Fe2O3Al2O3CaO SO3MgO K2O Na2O Mass fraction/%24.9 4.19.650.7 4.6 3.1 1.10.51.2㊀电极材料的制备制备电极复合材料所用的导电碳材料为实验室自制氧化石墨烯(GO)分散液,浓度为10mg/mL㊂将GO涂在2cmˑ2cm的泡沫镍基底上,在60ħ下真空干燥6h㊂配制60mL溶解有2mol/L Co(NO3)2㊃6H2O 和2mol/L Ni(NO3)2㊃6H2O的混合水溶液㊂然后,将混合水溶液与GO泡沫镍置于不锈钢高压反应釜中,并加入0.5g尿素㊂接着,将高压反应釜置于120ħ烘箱中水热反应8h㊂在整个反应过程中确保高压反应釜密封良好㊂水热反应结束后,待高压反应釜自然冷却至室温,将负载有活性物质的泡沫镍取出,用无水乙醇和去离子水反复洗涤,置于鼓风干燥箱中60ħ烘干,即可得到正极材料,标记为还原氧化石墨烯(rGO)/Ni-Co-O㊂类似地,将60mL去离子水㊁0.5g尿素和GO泡沫镍置于高压反应釜中,然后放置在180ħ烘箱中水热处理12h,最终获得1.94mg㊃cm-2rGO作为负极材料㊂1.3㊀BMIMBr水泥基电解质的制备取适量的PAA和KOH先溶于54g去离子水中,然后加入一定量的BMIMBr(水泥质量的10%㊁20%和30%)搅拌均匀,将上述混合液倒入装有120g硅酸盐水泥的搅拌碗中,室温下快速搅拌2min㊂最后将混合均匀的浆体分别倒入1cmˑ1cmˑ1cm和3cmˑ3cmˑ3cm的方形模具中成型,立即将其置于标准养护室(温度(20ʃ1)ħ㊁湿度大于90%)中养护28d后测试离子电导率和力学性能㊂不同配比的水泥基电解质第2期李建栋等:BMIMBr 水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用511㊀分别标记为C /PAA0㊁C /PAA1㊁C /PAA2和C /PAA3,其中各组分的含量如表2所示,水灰比(W /C)为0.5㊂表2㊀水泥基电解质的配合比Table 2㊀Mix ratio of cement-based electrolytesSample Mass /g Cement PAA KOH BMIMBr Water C /PAA012012 3.36054C /PAA112012 3.361254C /PAA212012 3.362454C /PAA312012 3.3636541.4㊀结构超级电容器的构造BMIMBr 水泥基材料既作为电解质又作为隔膜,且浆体硬化后与电极材料之间的界面接触性能较差㊂因此,在浆体未完全硬化且流动性较好时及时将上述所得的水泥基电解质滴于两电极表面,并在室温下静置15min 使水泥基电解质浆体充分渗透浸入电极的三维骨架结构中,然后在立方体模具中制备得到汉堡夹层式的结构超级电容器,如图1所示㊂最后将该电容器置于标准养护室中养护28d 后,对其进行相关的电化学和机械性能测试㊂图1㊀结构超级电容器Fig.1㊀Structural supercapacitor 1.5㊀试验表征BMIMBr 水泥基电解质的力学性能采用抗压强度来表征㊂本试验制备的试样经标准养护室养护28d 后,根据‘水泥胶砂强度检验方法(ISO)法“(GB /T 17671 2021)在水泥胶砂强度试验机(JES 300)上进行抗压强度测试,加载速度为2.4KN /s,每组测试6个样本㊂借助扫描电子显微镜(SEM,Zeiss Gemini 300)在15kv 的加速电压下,对水泥聚合物复合电解质的微观结构和形貌特征进行分析㊂采用MIP(Quantachrome POREMASTE 33,美国)技术定量研究水泥基电解质浆料在28d 时的孔隙结构㊂从硬化糊剂的内部收集尺寸约3mm 的小片㊂不同配比的BMIMBr 水泥基电解质的室温离子电导率可以利用电化学阻抗谱(EIS)及式(1)计算得到㊂σ=l AR b (1)式中:σ为水泥基电解质的离子电导率,S㊃cm -1;l 为复合电解质的厚度,cm;A 为电解质与电极的表观接触面积,cm 2;R b 为复合电解质的本体电阻,Ω㊂基于水泥聚合物复合材料的固态超级电容器的电化学行为测试主要包括循环伏安曲线(CV)㊁恒流充放电曲线(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)等㊂EIS 阻抗谱在开路电位下测试,频率范围为0.1Hz ~100kHz㊂器件的质量比电容根据式(2)计算得到㊂C =I Δt m ΔU (2)式中:C 为质量比电容,F㊃g -1;I 为放电电流,A;m 为电极材料中活性物质的质量,g;ΔU 为放电阶段的电压512㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷降低值,V;Δt为放电时间,s㊂2㊀结果与讨论2.1㊀离子电导率分析图2为不同BMIMBr掺量和养护龄期对水泥基电解质离子电导率的影响㊂从图中可以看出,水泥基电解质的离子电导率随着养护龄期的延长而降低㊂这是因为养护早期水泥尚未完全水化,水化产物疏松多孔,且水泥基电解质体系中水分含量较高,有利于离子在电解质中传导㊂在养护后期,水化反应较为彻底,水泥基电解质的微观结构密实,内部孔隙率下降㊂因此,自由离子在电解质体系中的迁移变得越来越困难,离子电导率也因此逐渐降低㊂此外,当BMIMBr含量小于20%时,水泥基电解质的离子电导率随着BMIMBr含量增加而逐渐提高㊂含20%BMIMBr水泥基电解质28d的离子电导率从6.84mS㊃cm-1增加到35.91mS㊃cm-1,意味着掺入BMIMBr可以提高电解质中游离离子的数量,而大量的游离离子可以增强载流子在水泥基PAA 基体的迁移率,从而显著提高电解质的离子电导率[23-24]㊂然而,当BMIMBr掺量超过20%时,水泥基电解质的离子电导率急剧下降㊂这种现象的产生可能是由于大量离子团聚在水泥基复合体系中,限制了自由离子的迁移,从而导致离子电导率显著降低㊂2.2㊀抗压强度分析图3为水泥基电解质28d的抗压强度㊂水泥基电解质的抗压强度随着BMIMBr掺量的增加而逐渐降低㊂与C/PPA0相比,当BMIMBr掺量小于20%时,水泥基电解质的28d抗压强度略有降低,但随着BMIMBr掺量增加至30%后,水泥基电解质的抗压强度显著降低,从14.9MPa下降到11.1MPa,降低了25.5%㊂这主要归因于BMIMBr的掺入增加了聚合物PAA的非静态性质,削弱了水泥基电解质的微观结构,导致抗压强度有所降低㊂此外,过多的BMIMBr容易产生沉淀结晶,阻碍水泥水化,形成疏松多孔的微观结构,使水泥基电解质的抗压强度显著降低㊂图2㊀水泥基电解质的离子电导率Fig.3㊀Compressive strength of cement-based electrolyte at28d Fig.2㊀Ionic conductivity of cement-based electrolytes图3㊀水泥基电解质的28d抗压强度2.3㊀孔隙结构分析图4显示了水泥基电解质28d的累计孔隙率和不同孔径区间的孔隙率㊂可以发现,BMIMBr的掺入增加了水泥基电解质的总孔隙率㊂与C/PPA0浆体相比,掺入30%BMIMBr后总孔隙率增加了50.4%㊂根据孔隙对混凝土性能影响的程度进行分类,将直径为<20nm㊁20~<50nm㊁50~200nm和大于200nm的孔隙分别定义为无害孔㊁少害孔㊁有害孔和多害孔㊂与C/PPA0相比,含BMIMBr试样的有害孔较多㊂值得注意的是,C/PPA2试样的无害孔(<20nm)和少害孔(20~<50nm)更多,这也解释了为什么适量的BMIMBr 对电解质强度影响并不显著㊂㊀第2期李建栋等:BMIMBr水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用513图4㊀水泥基电解质28d时的MIP结果Fig.4㊀MIP results of cement-based electrolytes at28d2.4㊀微观结构表征图5为水泥基电解质的微观形貌㊂从图中可以看出,电解质的微观结构中主要包括水化硅酸钙(C-S-H)凝胶㊁孔隙和裂缝㊂与C/PAA0试样(图5(a))相比,含BMIMBr试样的微观结构变得更疏松,孔隙更多,这意味BMIMBr的掺入削弱了电解质的微观结构㊂值得注意的是,C/PAA2试样的孔隙分布均匀,并且分布着更多的小孔隙㊂上述结果与MIP测试结果相一致㊂以往的研究[7]结果证实,电解质中分布着大量的C-S-H凝胶以及少量的孔隙和微裂缝,且C-S-H凝胶覆盖于未水化的水泥颗粒表面形成多孔网络结构㊂多孔结构为导电盐和水分子提供离子输运通道,促进了离子在电解质中的迁移,以及加快了电子在电极/电解质界面上的传输㊂图5㊀水泥基电解质的SEM照片Fig.5㊀SEM images of cement-based electrolytes2.5㊀电化学性能分析本试验中制备的水泥基电解质都表现出较高的室温离子电导率,其中C/PAA2试样的离子电导率最高,为35.91mS㊃cm-1㊂为了进一步探究水泥基电解质的潜在电化学储能性质,将制备的水泥基电解质与还原514㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图6㊀基于BMIMBr 水泥基电解质的SSC 在10mV㊃s -1扫描速率下的循环伏安曲线Fig.6㊀CV curves of SSC based on BMIMBr cement-based electrolytes at a scan rate of 10mV㊃s -1氧化石墨烯电极组装为结构超级电容器(structuralsupercapacitor,SSC)㊂基于水泥基电解质的SSC 在10mV㊃s -1扫描速率下的循环伏安曲线如图6所示㊂含BMIMBr SSC 试样的循环伏安曲线大致呈纺锤形状,无明显氧化还原峰存在,符合典型的双电层电容特性㊂当加入BMIMBr 后,SSC 的CV 曲线出现明显变形,原因在于Br -发生了氧化还原反应,如式(3)所示㊂基于C /PAA2的SSC 的CV 曲线表现出最大的封闭面积,显示了最高的比电容,这归因于适量BMIMBr 的添加改善了离子传输,产生了额外的赝电容㊂2Br - Br 2+2e - Br -Br -3(3)图7为基于水泥基电解质的SSC 在0.05A㊃g -1时的恒电流充放电曲线㊂与其他SSC 相比,基于C /PAA2的SSC 放电时间最长,具有更好的储电性能㊂如图7(b)所示,C /PAA0㊁C /PAA1㊁C /PAA2和C /PAA3电容器的比电容分别为17.14㊁17.67㊁20.07和18.97F㊃g -1㊂与未添加BMIMBr 的SSC 相比,含20%BMIMBr SSC 的比电容提高了17.1%㊂随着BMIMBr 量的继续增大,比电容反而下降㊂这是由于过量的BMIMBr 会产生沉淀和离子聚集,阻碍氧化还原反应的进行㊂图7㊀电流密度为0.05A㊃g -1时基于水泥基电解质的SSC 的电化学性能Fig.7㊀Electrochemical properties of SSC based on cement-based electrolytes at a current density of 0.05A㊃g -1图8是基于水泥基电解质的SSC 在频率为0.01Hz ~100kHz 的Nyquist 图㊂四条曲线均由两部分组成,即高频区的半圆弧和低频区的直线㊂内阻(R s )由曲线在x 轴上的截距得到,主要代表电极与集流体之间的接触电阻㊁电解质的本体离子电阻和活性电极材料的内阻㊂半圆弧直径代表电极/电解质界面处的电荷转移电阻R ct ㊂从图中可以看出,掺入BMIMBr 后,基于水泥基电解质的SSCs 的R s 和R ct 明显下降㊂当掺量从20%增加到30%时,R s 和R ct 反而上升㊂基于C /PAA2的SSC 的R s 和R ct 最低,分别为38.1㊁5.4Ω㊂证明添加的适量BMIMBr 有助于离子迁移,提高离子迁移速度,降低电阻,提高SSC 储能能力㊂循环稳定性关乎SSC 的实际应用价值,是表征SSC 性能的一项重要指标㊂在0.1A㊃g -1恒定电流密度下,进行了1000次恒定电流充放电测试,SSC 的比电容和库伦效率如图9所示㊂经充放电循环1000次后,基于C /PAA2的SSC 电容下降,电容保持率为83.6%,库伦效率较稳定,1000次后仍可达到97.56%,表明含20%BMIMBr 的SSC 具有良好的循环稳定性和库伦效率㊂第2期李建栋等:BMIMBr 水泥基电解质的制备及其在结构超级电容器中的应用515㊀图8㊀基于水泥基电解质的SSC 的Nyquist 图Fig.8㊀Nyquist plot of SSC based on cement-based electrolytes 图9㊀基于C /PAA2的SSC 在0.1A㊃g -1电流密度下的循环稳定性Fig.9㊀Cyclic stability of SSC based on C /PAA2at a current density of 0.1A㊃g -13㊀结㊀论1)当BMIMBr 掺量为水泥质量的20%时,C /PAA2的离子电导率最高,为35.91mS ㊃cm -1㊂此外,C /PAA2的抗压强度为11.3MPa㊂2)C /PAA2水泥基电解与还原氧化石墨烯电极组装的SSC 的比电容高达20.07F㊃g -1㊂在0.1A㊃g -1电流密度下,经过1000次恒定电流充放电测试之后,SSC 的电容保持率为83.6%,库伦效率高达97.56%,展示了良好的循环寿命㊂参考文献[1]㊀KHARE V,NEMA S,BAREDAR P.Solar-wind hybrid renewable energy system:a review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews,2016,58:23-33.[2]㊀BENEDEK J,SEBESTYÉN T T,BARTÓK B.Evaluation of renewable energy sources in 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聚合物电解质膜的制备及其在锂离子电池中的应用
聚合物电解质膜的制备及其在锂离子电池中的应用简介随着可再生能源和电动汽车的快速发展，锂离子电池的需求越来越大。
而电解质膜是锂离子电池中不可或缺的一个组成部分，其作用是隔离正负极，防止电子和离子的直接接触。
随着科技的进步，越来越多的研究者开始探索聚合物电解质膜的制备及其在锂离子电池中的应用。
锂离子电池与电解质膜锂离子电池是一种由锂离子在电解质中传输的充放电设备。
锂离子电池分为正极、负极和电解质三部分，其中电解质起到了隔离电极的作用，以防止电极的直接接触。
电解质膜最初使用的是无机电解质，如液态电解质和氧化物电解质，虽然有着较高的离子传导性和电化学稳定性，但是因为它们比较脆弱，容易出现溢电等问题，其应用范围受到了限制。
因此，聚合物电解质膜便应运而生。
聚合物电解质膜的制备聚合物电解质膜，是一种由高分子化合物制成的电解质材料。
其具有较好的耐化学腐蚀性、机械强度、热稳定性以及较强的离子传导性，使其成为电化学能源装置中的理想材料。
聚合物电解质的制备通常包括如下步骤：1. 开发一种合适的单体，如乙烯基取代的磺酸树脂单体。
2. 单体与引发剂在一定条件下进行自由基聚合，形成聚合物链，其分子量根据聚合时间和聚合反应条件的不同而不同。
3. 将聚合物膜进行处理，通过改变成膜条件以及结构设计等方法，来改变聚合物电解质膜的性质。
聚合物电解质膜的应用聚合物电解质材料的优良性能使其具有广泛的应用，尤其在锂离子电池中。
目前市面上绝大部分锂离子电池都采用了聚合物电解质，其不仅具有较好的离子传导性和机械强度，而且还有较好的热稳定性，使得锂离子电池在高温等恶劣环境下都具有较长的使用寿命。
此外，聚合物电解质的应用还推动了锂离子电池的进一步发展，包括高电压锂离子电池，高温锂离子电池等。
聚合物电解质膜在锂离子电池中的缺陷及改进聚合物电解质膜的应用虽然广泛，但是仍然存在一些问题。
其中包括电解质的不稳定性、渗漏问题以及退火条件的要求较高等。
因此，研究者们在努力改进聚合物电解质膜的同时，也在寻求其他解决方案。
熔盐电解质的制备及应用
熔盐电解质的制备及应用熔盐电解质是指能够在高温下形成流动性的离子液体，在这种液体中可以发生电化学反应。
它是一种与传统电解质相比更加灵活和多样化的电解质，因为其可以在非常高的温度下稳定运行，使得许多难以处理的化学反应成为可能。
本文将介绍熔盐电解质的制备方法以及其主要应用场景。
制备熔盐电解质最重要的一步是选取合适的盐种。
通常需要选择那些能够在高温下保持稳定的盐，例如氯化铝、氯化钠等。
同时，为了防止电解质的水解反应，需要在盐中添加一些防水解剂。
具体选择哪种防水解剂取决于需要的电解质种类。
最后将盐和防水解剂混合熔融，通过高温高压的方法使其形成完整的离子液体。
熔盐电解质的应用领域非常广泛，其中最主要的应用是在铝电化学生产中。
熔盐电解池作为铝生产中的核心部分，是将铝矿石通过电化学反应转化为铝金属的最主要手段。
在这个过程中，熔盐电解质特别适合作为电解质，因为它能够在较高的温度下稳定运行，并且由于熔融的状态，可以较好地将矿石中的杂质分离出去。
此外，铝电化学生产中所使用的熔盐电解质还需要具备流变性，使得其能够流动良好。
除了铝电化学生产之外，熔盐电解质还可以在化学反应合成、催化反应等诸多领域发挥作用。
在化学反应中，我们可以使用熔盐电解质来辅助某些离子反应的发生。
例如，烯丙基溴和苯在常温下难以直接反应，但是加入一种特定的熔盐电解质之后，这个反应就可以在室温下顺利进行。
在催化反应中，一些钯、铂等贵金属催化剂也可以溶解于熔盐电解质中，在这个过程中，熔盐电解质既可以提供良好的反应环境，又可以稳定和催化某些反应发生。
总之，熔盐电解质以其独特的化学性质在许多领域都有广泛的应用。
熔盐电解质的制备方法虽然比较简单，但是掌握好选择盐种和防水解剂的技巧，可以使得制备出来的熔盐电解质具有更好的性能。
在未来的研究中，我们还可以通过不断地改良熔盐电解质的化学结构和性能，进一步推动这个领域的进步。
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电解质制备及其应用
电解质，指在溶液或熔融状态下，可以导电的离子。
电解质广泛应用于工业、
生活和科学研究中，如电池、涂料、药物等领域。
本文主要探讨电解质的制备方法及其应用方向。
一、电解质的制备
1. 直接合成法
直接合成法是指通过化学反应来制备电解质。
这种方法具有简单、快速、可控
等特点。
例如，将硝酸钠和硝酸铝混合，可得到硝酸铝钠电解质。
2. 溶剂热法
溶剂热法是指利用高温高压条件下，利用溶剂中的热力学性质，使反应自发进行。
这种方法适用于制备具有特殊结构和组成的电解质。
例如，将氧化铝、氧化锆和氧化镁等材料混合后，在溶剂热条件下，可制备出高温稳定的氧化物电解质。
3. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是指在溶液中加入金属离子和有机物，形成凝胶状物质，然后经
过干燥和热处理而形成电解质。
这种方法较为简单，适用于制备高质量的电解质。
例如，将硝酸铝、正硅酸乙酯和氨水混合，再经过蒸发、焙烧等步骤，可得到高质量的氧化铝电解质。
4. 气相沉积法
气相沉积法是指将金属原料或者有机物前体某些药品以气态形式鼓捣喷射进去，经过热处理，得到电解质。
这种方法具有产品质量高、组成均匀、粒子细小等特点。
例如，将铜、氯气等物质加入氩气中，经过气相反应形成CuCl2（气相沉积工艺）。
二、电解质的应用
1. 电池
电池是最常见的电解质应用。
电池中的电解质通常是液态或者固体的，能够导电、传递电荷的物质、另外可用于电池的电解质，如溴酸钙、硝酸铜、硫酸铜等。
2. 涂料
电解质还能被用作导电涂料的组分，以便使电流通过器件。
此类涂料通常包含
导电材料和电解质，并且为了让它们保持施工、移动和接触的能力，其仍需可溶性。
例如，金属纳米粒子，电解质等组成的导电涂料被用于制备柔性电子器件。
3. 化学制剂
电解质也被广泛用于化学制剂的制备。
例如，氢氟酸电解质被用于制备氟化合物。
4. 医药领域
电解质还有广泛的应用领域，如医药领域。
电解质溶液在治疗中发挥了很重要
的作用。
例如，电解质溶液常常被用来治疗脱水或液体不足等症状。
总之，电解质制备方法和应用领域都十分广泛。
在未来的科技发展中，电解质
的应用还将得到进一步的发展和创新。