固体聚合物电解质水电解池及其膜电极的研究
全固态锂硫电池电极及电解质膜的制备及性能研究
全固态锂硫电池电极及电解质膜的制备及性能研究吕忠伟;彭锦雪;郑陈熙;龚正良【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2024(48)4【摘要】全固态锂硫电池(ASSLSBs)兼具高能量密度与高安全性,被认为是最具潜力的下一代储能体系候选者之一,然而目前实验室使用的粉末冷压技术并不适合实际应用。
因此,开发合适的工艺大规模制备固态电解质膜以及复合正极对促进全固态锂硫电池的实际化应用具有重要意义。
以二甲苯作为溶剂,苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)作为粘结剂,通过浆料涂布工艺制备了具有高离子电导率(4.7×10^(-4) S/cm)的自支撑硫化物固态电解质膜以及高硫含量(50%质量分数)、高硫载量(4~5 mg/cm^(2))的复合硫正极极片,并研究了其性能。
研究表明:SEBS 质量分数为3%时,电解质膜兼具柔性及高离子电导率;SEBS质量分数为1%的复合硫正极极片表现出良好的电化学性能。
使用固态电解质膜与复合正极极片组装的全固态锂硫电池首次放电比容量可达742.9 mAh/g。
【总页数】6页(P622-627)【作者】吕忠伟;彭锦雪;郑陈熙;龚正良【作者单位】厦门大学能源学院【正文语种】中文【中图分类】TM912.9【相关文献】1.基于有机-无机复合固态电解质膜的全固态锂电池制备与性能研究2.格林卡《夜莺》的创作手法与演奏诠释3.新高考背景下的高中政治教学策略4.全固态锂硫电池复合电解质膜的制备及其性能研究5.通过双掺杂增强Li_(7)P_(2.9)Sb_(0.1)S_(10.65)O_(0.15)I_(0.2)电解质用于高性能全固态锂硫电池因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
膜电极电解池
膜电极电解池
膜电极电解池是一种新型的电化学电池，由液体和固态两种介质联合构成。
它利用电解质在液体和固态两种介质的电解作用，以生成有效的能量，因此，它具有更快的电子传导效果，可以提供更好的汽车动力和更好的可再生能源。
膜电极电解池的结构与普通电池类似，但具有更高的多孔性，其中存在两个电极，分别由石墨和金属氧化物组成，以及夹于两种电极之间的膜片，它以特定的材料组成，可以阻止电解质的扩散，同时，在液体和固态两种介质之间形成电流通道。
膜电极电解池具有良好的耐久性，比一般碱性电池具有更高的电动势，能量密度和理论电利用率，它可以用于多项电化学应用，例如可持续能源发电，储能，也可用于飞机，汽车，船舶等交通运输设备的动力设备中。
此外，膜电极电解池还可以用于电力调节设备，将电力从电网调出或从储能设备中调出，由于它的耐久性，电力调节设备可以在多个环境中正常运行；此外，它还可用于大型太阳能电池板，在日常使用中，可提供许多便利，如供暖，照明，洗涤等等。
然而，在使用膜电极电解池时，仍存在一些问题，如供电稳定性差，电极材料的抗腐蚀性不足，以及它的能量密度低等问题。
这些问题需要相关人员在设计等方面做出调整，以提高膜电极电解池的整体性能。
普遍来说，膜电极电解池是一种新型的电池，它具有许多优点和
应用，它具有较高的电动势，能量密度和理论电利用率，耐久性较强，可以用于多种应用，如可持续能源发电，储能，汽车动力，飞机，汽车，船舶等交通运输设备，电力调节设备以及大型太阳能电池板。
虽然它还存在一些问题，但仍有望在今后不断改善，以满足当今人们更多的用电需求。
聚合物固体电解质综述
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电解质盐的改性
由于锂离子半径很小，如果阴离子半径很大，所形成的盐离解能小而且容易发 生电离。通常采用的锂盐有 LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3及 LiN（CF3SO2）2等
电解质与聚合物的组合
利用聚合物的弯曲链把阴离子包围住，从而抑制阴离子的移动。结果表明，锂 离子的迁移数大大增加了，但是总的离子导电性大大下降。
聚合物固体电解质的概述
电解质综述
全固态聚合物电解质
CONTENTS
凝胶聚合物电解质
电解质综述
锂离子电池
超级电容器
燃料电池
电解质广泛应用于电池、高温氧化物燃料电池、超级电容器、电致变
色器件和离子传导型传感器件等。也用在记忆装置、显示装置、化学传感 器中。其作用为：在正负极之间充当离子传输的媒介。
GPE 是由聚合物、锂盐、有机溶剂（也是锂盐的溶剂）等组成的凝胶体系，兼具液体电 解质的高导电率和 SPE 的安全性，GPE 膜被认为是最具有发展潜力的高性能锂离子电池 用电解质材料，也是解决锂离子电池安全性的重要途径。
聚偏氟乙烯（PVDF）
聚丙烯腈（PAN）
常用 材料
聚氧化乙烯（PEO） 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
研究较多、性能较好
直接涂布法
1
凝胶
将聚合物溶解在锂盐浓度较低的液体电解质中， 将形成的凝胶涂布在制模板上，蒸发多余的溶剂 即得到凝胶聚合物电解质膜
现场聚合法
单体、交联剂、液态电解质和引发剂直接混合均
匀，然后注入电池，真空密封，最后加热或 UV
聚合形成凝胶聚合物电解质
2
3
微孔聚合物隔膜法
限制被为空聚合物隔膜，后将聚合物隔膜寖取电 解质活化，即得到凝胶聚合物电解质。
非水溶液用固体参比电极的研究
非水溶液用固体参比电极的研究非水溶液用固体参比电极是指在非水溶液体系中使用的参考电极，通常由固体材料制成。
与传统的水溶液体系不同，非水溶液体系的电
化学反应机理、离子浓度逊于水溶液体系，难以使用传统参比电极，
因此需要研究开发非水溶液用固体参比电极。
非水溶液用固体参比电极的研究主要包括以下几个方面：
1. 固体电解质薄膜参比电极：在非水溶液体系中，使用固体电解
质薄膜作为参比电极的电解质，通常选择具有高稳定性和导电性的材料，例如氧化物类、膜类和聚合物类材料等。
固体电解质薄膜参比电
极的制备和应用研究是非水溶液电化学领域的热点之一。
2. 金属参比电极：与水溶液中采用的电化学反应不同，在非水溶
液体系中，金属的电极电位常常受到溶剂的影响而发生变化。
因此，
需要选取在各个非水溶液体系中均能保持电极电位不变的稳定金属作
为参比电极的金属。
常用的金属参比电极有铂电极、金电极、银电极等。
3. 氧还原参比电极：氧还原在非水溶液体系中是重要的电化学反
应之一，因此氧还原参比电极的选择和研究具有重要意义。
如氧化铁
参比电极和氧化钴参比电极。
总之，非水溶液用固体参比电极的研究是电化学分析和应用研究
中的重要内容，对于发展相关领域具有重要意义。
固体氧化物燃料电池的电解质及电极材料的电导率研究方法
固体氧化物燃料电池的电解质及电极材料的电导率研究方法贺贝贝;潘鑫;夏长荣【摘要】论述了晶体材料，重点是固体氧化物燃料电池组件的导电机理，介绍了影响电导率的几个因素。
针对不同的电解质和电极材料，讨论了几种常用的测量电解质和电极总电导率、电子电导率以及离子电导率的方法，并指出在测量中需要注意的问题。
%The conductive mechanism of crystal material,especially of the solid oxide fuel cell compo-nents is detailedly discussed in this article. Several influence factors that affect the conductivity of materials are also mentioned. Some commonly used measurements for electrolyte and electrode materials,such as total con-ductivity,electronic conductivity and ion conductivity measurements are introduced. Besides,the issues which should be noticed are pointed out in these measurements.【期刊名称】《中国工程科学》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】9页(P57-65)【关键词】导电机理;电解质;电极;电导率;固体氧化物燃料电池【作者】贺贝贝;潘鑫;夏长荣【作者单位】中国科学技术大学，中国科学院能量转换材料重点实验室，合肥230026;中国科学技术大学，中国科学院能量转换材料重点实验室，合肥230026;中国科学技术大学，中国科学院能量转换材料重点实验室，合肥230026【正文语种】中文【中图分类】TM911.4材料的电导性能是决定其用途的一个重要因素。
固体聚合物电解质水电解膜电极的制备方法
固体聚合物电解质水电解膜电极的制备方法作者：李楠楠等来源：《绿色科技》2013年第05期摘要：综述了固体聚合物水电解制氢膜电极的各种制备方法及其优缺点，指出了在这些方法中，喷涂法由于具有明显优势，最适合用于膜电极的大规模批量生产。
关键词：固体聚合物电解质；膜电极；水电解；制备方法1引言固体聚合物电解质（Solid Polymer Electrolyte，SPE）水电解制氢技术是由美国通用电气公司（GE）于1966年开创，最初用于航天领域[1，2]。
相比传统的碱性水电解槽而言，固体聚合物电解质水电解槽由于具有很高的电流密度及电流效率，欧姆极化损失较小，气体纯度高，安全可靠无污染等优势备受世界瞩目[3]。
膜电极（Membrane Electrode Assembly，MEA）是膜和电极的结合体，是固体聚合物电解质水电解池的核心部件，因而也是SPE水电解研究的热点。
膜电极是由固体聚合物电解质膜及其两边的电催化剂组成，如图1所示，它不但是水电解反应发生的场所，也是电子和质子传递的通道[4]。
关于膜电极的研究主要集中在固体聚合物电解质膜、水电解电催化剂以及膜电极的制备工艺和方法3个方面，本文仅对膜电极的制备工艺和方法加以评述。
图1膜电极示意2膜电极制备方法膜电极的制备方法根据催化层支撑体的不同可归纳为两种模式[5]：以扩散层为催化层支撑体的制备模式，即先把催化层载在扩散层的表面，形成气体扩散电极（Gas Diffusion Electrode，GDE），然后将气体扩散电极与聚合物电解质膜进行热压得到膜电极，此类方法称为GDE法；以聚合物电解质膜为催化层支撑体的制备模式，即通过某种特定方式直接将催化剂负载在聚合物电解质膜两侧，形成催化剂覆盖的电解质膜（Catalyst Coated Membrane，CCM），这样制备膜电极的模式称为CCM法。
在膜电极中，电极催化层与SPE膜的接触电阻是欧姆电阻的主要来源，它们之间粘接的足够紧密可以有效降低接触电阻，提高能量转化效率。
固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢
固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢【知识文章】固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢导言：近年来，氢能作为一种清洁、高效的能源得到了广泛关注。
而固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术作为一种新兴的氢能制备方法，具有不可忽视的优势。
本文将从简单介绍固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢的原理和步骤，到分析其深度和广度的应用，为您详细论述这一技术的重要性和前景。
一、固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢原理及步骤1. 原理：固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术是利用固体聚合物阴离子交换膜作为电解池的分隔膜，将水分解为氢气和氧气的过程。
具体而言，通过电解水时，固体聚合物阴离子交换膜能够选择性地传输OH-离子，使其从阴极侧传输到阳极侧，同时阻止H+离子和氢气从阳极侧传输到阴极侧，为制造高纯度氢气提供了有力的保障。
2. 步骤：（1）准备工作：选择合适的固体聚合物阴离子交换膜并对其进行预处理，搭建电解池和所需电源系统。
（2）电解水制氢：将电极插入电解池中，加入适量的水，并在适当的温度和加压条件下进行电解。
（3）氢气收集和分离：在电解过程中，氢气会在阴极处生成，利用适当的收集和分离装置将其收集起来。
二、固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢的深度应用1. 能源产业：固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术在能源产业中有广泛的应用前景。
其高效制氢的特点使其成为可再生能源储备和利用的关键技术。
通过利用太阳能、风能等可再生能源进行电解制氢，可以在光合作用和风能直接转化电能的基础上，将电能存储为氢能，为大规模能源供应提供了一种可行性更高、稳定性更好的解决方法。
2. 交通运输：随着全球对环保和节能的日益重视，固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术在交通运输领域的应用也逐渐受到关注。
相较于传统燃料电池汽车的研发和商业化进程，利用固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢技术制备氢气，以驱动燃料电池车辆，具有更高的能量利用率和更低的排放风险，有望推动氢能交通的发展。
毕业论文固体聚合物电解质制备及其性能研究综述
固体聚合物电解质制备及其性能研究综述2.1 锂离子电池概况锂离子电池同镍镉电池、镍氢电池等可充电电池相比，具有绿色环保、循环寿命长、无记忆效应等诸多不可替代的优势，一经推出就迅速占领二次化学电源市场，并广泛应用于智能手机、笔记本电脑、游戏机、数码相机、掌上电脑等现代电子产品中[18]。
虽然锂离子电池作为清洁储能和高效能量转化装置的杰出代表，但目前开发的锂离子电池仍然不能满足诸如电动汽车、储能电站、航空航天等大型功率或能量型器件的要求，在这些领域锂离子电池还面临着巨大的挑战。
因为储能型、动力型锂离子电池需具有更高的安全性，更大的功率密度与能量密度和长循环寿命等特点[19]。
因此，如何开发具有安全性能好、能量密度大、循环寿命长等优点的锂离子电池产品成为每个研究者追求的目标。
2.1.1 锂离子电池的组成结构图2.1 不同形状和组成的锂离子电池结构示意图。
（a）圆柱形锂离子电池;（b）纽扣式锂离子电池;（c）方形锂离子电池;（d）聚合物锂离子电池[20] Figure 2.1 Schematic drawing showing the shape and components of various Li-ion battery configurations. (a) Cylindrical; (b) coin; (c) prismatic and (d) thin and flat[20]目前常见锂离子电池的类型和结构如图2.1所示，主要包括圆柱形、纽扣式、方形以及不含电解液的聚合物锂离子电池。
各种类型锂离子电池的核心部件主要由正极、负极、电解液/聚合物电解质、隔膜（聚合物锂离子电池不含）、垫片和电池壳等构成。
其中，正、负极均是将电极材料涂覆在金属箔集流体上制备而成，正极集流体通常使用铝箔，负极集流体通常使用铜箔，目前商用隔膜主要是微米级厚度的聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），起到隔开电池正、负极的作用，防止电池短路[21,22]。
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固体聚合物电解质水电解池及其膜电极的研究氢气是重要的能量载体,也是重要的化工原料。
氢气在燃料电池及储能、化学工业及石油化学工业、贵金属冶炼、造船工业等领域具有十分重要的用途。
电解水制氢技术是获得高纯度氢气的最为重要的技术手段之一,目前应用最广泛的是碱性电解水技术,具有制氢规模大,投资成本低的优势,但是也存在使用具有腐蚀性电解液、产物纯度低、能量效率低等缺点。
与其相比,近年来快速发展的固体电解质(SPE)电解水技术则具有电解池结构紧凑、电流密度高、能量效率高以及可输出超高纯度和高压强的产物气体等优点,被认为是最有发展潜力的一种电解水制氢技术,目前的SPE电极一般是将催化剂粘结(喷涂)在固体电解质的表面,存在由于催化剂结合不够牢固而引起的电极稳定性不高、使用寿命不够长、电解效率仍然偏低等缺点。
针对目前SPE电解水技术存在的问题,本论文提出和采用了一种离子交换-还原沉积制备应用于SPE电解池中的新型膜电极(MEA)的方法,制得一种高性能的SPE电解水电极;考察了前驱体的种类、金属沉积量、催化层结构、还原剂等等因素对于电极电解水性能的影响;并采用XRD、ICP-AES、SEM等对电极进行了表征。
实验结果表明:还原沉积制备的电极中,催化剂层与固体电解质膜结合十分紧密,催化剂层均匀地分布在固体聚合物膜(PEM)表面,催化层厚度为1-2μm。
本文研究发现:在阳极催化层制备中引入铱,可使得形成的催化层具有棉花球状的三维结构;在优化制备条件下制备的电极的阳极层为双金属层结构,Pt载量为1.4 mg/cm2,Ir载量为0.4mg/cm2,阴极层催化剂载量为Pt含量1.0 mg/cm2。
在常压和75℃下,双金属层阳极SPE电极的电解电压为1.76 V时,电流密度可达505 mA/cm2,电解效率可高达84%(vs.HHV)。
相比之下,纯Pt金属层阳极SPE电极的电解电压高达2.47 V,电解效率仅为60%(vs.HHV)。
另外,我们发现具有双金属层阳极的电极具有良好的稳定性,连续5小时电解水测试后,其电解电压基本稳定不变。
本论文还研究了串联连接的8片MEA的SPE电解池(催化层面积为270 cm2)的电解水性能和电极稳定性,结果表明在常压、75℃和500 mA/cm2下,电解电压为13.71 V,平均槽电压仅为1.71 V,电解水性能为目前国际上最好的性能之列。
8小时连续运行后,电压略有上升(14.16 V),其原因还待进一步的分析研究,最有可能的原因是来自电解池部件,而不是电极本身。
总之,本论文采用离子交换-还原沉积法制备出了高性能的固体电解质电解水膜电极,该电极具有催化剂层与固体电解质结合牢固、电解效率高、稳定性好等重要优点,具备良好的实际应用前景。