【摘 要】
:
锂金属电池(LMBs)具有质轻、理论能量密度高等优点,已成为储能设备领域的研究热点。固态聚合物电解质(SPEs)可有效避免液态电解质存在的易泄露、易燃等安全性风险,且与LMBs的适配性较好。聚氧化乙烯(PEO)具有成本低、电化学稳定性好、安全性高、与锂盐相容性好等特点,是目前研究最多的一种聚合物电解质基体材料。然而,线性PEO的高结晶性会导致SPEs的离子电导率偏低,且PEO与锂离子(Li+)过强
论文部分内容阅读
锂金属电池(LMBs)具有质轻、理论能量密度高等优点,已成为储能设备领域的研究热点。固态聚合物电解质(SPEs)可有效避免液态电解质存在的易泄露、易燃等安全性风险,且与LMBs的适配性较好。聚氧化乙烯(PEO)具有成本低、电化学稳定性好、安全性高、与锂盐相容性好等特点,是目前研究最多的一种聚合物电解质基体材料。然而,线性PEO的高结晶性会导致SPEs的离子电导率偏低,且PEO与锂离子(Li+)过强的络合作用会限制Li+的传导,从而导致电解质的锂离子迁移数也普遍偏低。刷形聚合物链段具有较强的运动能力,且可避免线性聚合物的结晶性问题,是理想的SPEs基体材料。然而,目前用于SPEs的刷形聚合物接枝密度较低、合成步骤较为繁琐。此外,锂负极表面枝晶的不规则生长,是LMBs面临的严重问题。大量的锂枝晶会刺穿电解质膜,最终导致电池短路。基于此,本论文通过构建多种具有不同拓扑结构的刷形聚合物,以抑制PEO的结晶行为、增强聚合物链段的运动能力,赋予其更强的导离子性能。同时,通过设计单离子结构、引入聚酯或聚碳酸酯链段,以增加电解质中游离的Li+含量,提高其锂离子迁移数。此外,通过原位生成聚丙烯酸锂(PAALi)固态电解质界面(SEI)层,以及原位构建高性能聚合物电解质,有效抑制了锂枝晶的生长,赋予LMBs更好的循环稳定性。另一方面,本论文通过设计不同功能的大分子引发剂,合理结合可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合、原子转移自由基聚合(ATRP)与开环聚合(ROP)等方法,构建了一系列高接枝密度刷形SPEs,并有效简化了刷形SPEs的制备流程。通过对各体系电解质力学强度、热性能和电化学性能的分析,系统性研究了聚合物电解质结构与性能的关系。首先,以聚2-((2-溴丙酰氧基)甲基)丙烯酸为大分子引发剂,依次链接PEG和聚苯乙烯(PS)侧链,制备了Janus刷形SPEs(PEG-J-PS)。PEG-J-PS电解质能够实现力学强度和电化学性能间的平衡。研究表明,PEG-J-PS的刷形结构可促进聚合物链段的运动,增强电解质的导离子能力,同时能提高电解质的热稳定性和电化学稳定性。此外,以该电解质组装的LMBs表现出较为稳定的循环性能。其次,结合RAFT聚合和ATRP反应,设计合成了具有密集PEG侧链的单离子刷形聚合物,将其与聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和锂盐共混制备了单离子型刷形SPEs(0.7BSPE)。该电解质中密集的PEG侧链,能高效地传导Li+。研究结果表明,PEG侧链越长,电解质的离子电导率越高。此外,体系中存在固定于主链上的羧酸根离子和游离的Li+,使该电解质表现出更高的锂离子迁移数(0.60)。由0.7BSPE950电解质组装的LMBs展现出高容量和优异的循环性能。再次,结合RAFT聚合和ROP反应,提出了一种自催化策略合成聚酯基刷形聚合物的方法,羧酸自催化羟基开环聚合的策略能简化刷形聚合物的合成路线。将聚己内酯(PCL)基刷形聚合物与高分子量PEO和锂盐共混制得刷形SPEs(PH-PCL)。聚酯链的高柔性以及链上羰基和Li+弱配位作用能促进Li+的传导,赋予电解质高的锂离子迁移数(0.82),并实现了LMBs在室温下的稳定循环。另外,刷形聚合物主链上羧基与锂金属的原位反应形成的SEI层,可有效抑制电池负极锂枝晶的生长。然后,结合羧酸锂催化环内酯开环聚合反应和烯烃单体的自由基聚合反应,采用自催化策略,一步合成了三组分刷形聚合物,并以其制得自支撑刷形SPEs(PS-PCL-PEG)。共聚成刷形聚合物可更大程度地抑制PCL的结晶行为,且能增强SPEs的力学强度与电化学稳定性;同时,PS链的引入赋予电解质出色的热稳定性。PS0.20-PCL0.25-PEG0.55电解质具有较高的室温离子电导率(2.40×10-5 S cm-1)、锂离子迁移数(0.47)和电化学稳定窗口(4.8 V)。最后,通过PAALi(OH-Br)大分子引发剂同时引发PEGMA单体的自由基聚合和三亚甲基碳酸酯(TMC)单体的开环聚合,原位构建了刷形聚合物电解质(PLi-PEGMA-PTMC)。其中,PLi-5PEGMA-5PTMC电解质具有高的室温离子电导率(2.46×10-4 S cm-1)和氧化电压窗口(5.3 V)。同时,原位方法改善了电解质与电极的界面稳定性,且形成的SEI层可有效抑制锂枝晶的生长。以PLi-5PEG-5PTMC电解质组装的锂电池具有优异的循环稳定性。
其他文献
第一部分:RASEF对香烟烟雾诱导的肺动脉高压的影响及机制的探究背景:肺动脉高压(PH)是一种慢性的病理生理学的紊乱状态,逐渐慢性进展,直至最后死亡。其以慢性肺动脉压力升高为特征。香烟烟雾(CS)持续刺激对与慢性阻塞性肺疾病(COPD)有关的肺动脉高压(COPD-PH)起着重要的作用。含有RAS和EF手域的蛋白质(RASEF),又名RAS相关蛋白Rab-45(RAB45)。它属于RAS家族的成员,
第一部分血友病性关节病模型建立及去铁胺对其的影响目的:血友病性关节病目前尚缺乏有效且可靠的阶段性治疗,且铁离子螯合剂在血友病性关节病中的作用尚不清楚。本研究旨在构建血友病性关节病动物模型及细胞模型,并探讨去铁胺对血友病性关节病及铁过载的保护作用。方法:通过针刺FVⅢ基因缺陷小鼠(F8-KO小鼠)膝关节建立血友病性关节病动物模型,应用去铁胺后8周通过番红固绿染色、普鲁士蓝染色及免疫组化评估血友病性关
第一部分TJ-M2010-5对CCl4诱导的小鼠肝纤维化的作用及机制研究【目的】探讨自主研发的MyD88抑制剂TJ-M2010-5对CCl4诱导的小鼠肝纤维化的作用及可能的机制。【方法】通过为C57BL/6雄性小鼠腹腔注射CCl4建立肝纤维化模型,并通过腹腔注射TJ-M2010-5进行干预。实验分为4组:正常对照组(Control组):按照3 m L/kg的剂量,每周3次为小鼠腹腔注射玉米油;CC
目的:骨缺损是骨科临床中常见的疾病之一,β-磷酸三钙(β-Tricalcium phosphate,β-TCP)因其具有良好的骨传导性和生物相容性、化学组分与天然骨骼矿物质成分相似等特点,成为广泛使用的骨缺损修复材料。然而,β-TCP存在骨诱导性能差、力学强度低等缺点。镁(Magnesium,Mg)元素是骨组织中必不可少的无机成分,在骨代谢和骨骼发育中起着重要作用,且镁离子具有良好的促进成骨、成血
研究背景和目的:肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma,HC)是全球癌症相关死亡的第三大原因,恶性程度高,发病率逐年上升,但却缺乏有效的治疗策略。肿瘤微环境中的骨髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)是异质性的不成熟的免疫抑制髓系细胞群,主要通过抑制T细胞的功能,使肿瘤细胞获得免疫豁免促进肿瘤进展,但肝癌致癌信号引起MDS
活动星系核是一类特殊的天体,核区光度远高于寄主星系。随着观测增多,不同类型的活动星系核被认为主要由倾角和喷流决定(即活动星系核的统一模型)。然而近些年来,发现了一些在数年甚至更短时标内光学宽发射线产生或消失的源(光学变脸活动星系核)或氢吸收柱密度明显变化的源(X射线变脸活动星系核),对活动星系核的统一模型提出了新的挑战。目前活动星系核变脸的机制尚不完全清楚,研究变脸活动星系核对于理解其物理本质和活
<正> 患者女 21岁未婚商行工作初诊:1975年11月,病人于小学六年级,十一岁时,膝部发生牛皮(疒先),虽经治疗仍扩大,有时轻松一些。1975年6月开始急剧扩大,除了面部和手足尖端外,发展至全身,终于住院持续以皮质激素治疗三个月。可是病情未减轻而出院,于胸腹部、背部、上肢、下肢相当厉害的、大小无数的红斑上粘附着黄色的痂皮,稍有痒感,食欲、大便、月经等无明显异常。体质尚好,面部呈满月状浮肿。开始
<正> 牛皮癣──慢性炎性皮肤病,是十种常见皮肤病之一,它对男性和女性均能感染,通常见于15岁以上的人。它不传染,但是,一些家庭似乎有传染趋势。牛皮癣的病因尚不清楚,许多学说不断地提出,但是迄今其病因还未确立。有一些医生以为它是神经性的,另外一些人则认为可能与脂肪消化不良有关;或者和不适当的食谱有关;或者可能与某种病菌和病毒有关。牛皮癣的治疗必须由两个方面着手,针刺和营养。营养:-维生素E(a-产
储能能够快速吞吐能量,维持系统功率平衡,是促进能源高效利用和保障系统安全稳定运行的重要手段。分布式储能布局灵活,随着近年来接入规模的不断上升,调控潜力巨大。另一方面,独立电力系统作为传统互联大电网的有力补充,对于降低供电成本,提升系统性能以及利用新能源具有显著促进作用,是实现清洁低碳和电气化的有效途径之一。独立电力系统受新能源或者负荷的随机波动影响明显,电力电量平衡难度大,对储能的需求迫切。基于储
近年来,随着新能源发电、新能源汽车等现代新兴领域的发展,通过多个机械与电气端口协同运行,以实现丰富功能、满足新兴行业需求的驱动电机系统,成为新的研究方向。多机电端口系统具有多功能、多运动模式的特点。现在,工业界普遍采用“多个电机+机械部件”的组合来构成多机电端口系统,虽然能实现机电能量转换和多运动状态解耦,但这类组合存在部件较多、体积重量大、可靠性低、需要频繁维护等问题。为了解决这些问题,研究人员