原位交联杂化型聚合物电解质膜的形成机理、结构模型及其电化学性能

梁桂杰 ,  钟志成 ,  许杰 ,  徐卫林 ,  陈美华 ,  张增常 ,  李文联

引用本文: 梁桂杰, 钟志成, 许杰, 徐卫林, 陈美华, 张增常, 李文联. 原位交联杂化型聚合物电解质膜的形成机理、结构模型及其电化学性能[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201205251 shu
Citation:  LIANG Gui-Jie, ZHONG Zhi-Cheng, XU Jie, XU Wei-Lin, CHEN Mei-Hua, ZHANG Zeng-Chang, LI Wen-Lian. Formation Mechanism, Structure Model and Electrochemical Performance of an In situ Cross Linking Hybrid Polymer Electrolyte Membrane[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201205251 shu

原位交联杂化型聚合物电解质膜的形成机理、结构模型及其电化学性能

  • 基金项目:

    国家自然科学基金 (51003082) (51003082)

    教育部科学技术研究重点项目(208089) (208089)

    湖北省自然科学基金 (2011CDC062) 资助项目 (2011CDC062)

摘要:

合成含有Ti(Ⅵ)杂化中心的交联(柠檬酸钛络合体-聚乙二醇)聚酯网络作为基体,水解生成的Nano-TiO2粒子为填料,LiI/I2为导电离子,通过原位聚合复合法制备了Nano-TiO2/(柠檬酸钛络合体-聚乙二醇)/LiI/I2交联杂化型聚合物电解质膜。采用局域密度近似(LDA)法、Raman光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)和能量散射X射线分析(EDXA)探讨了交联杂化聚合物基体的形成机理,并建立了其相应的结构模型。在此基础之上,研究了四异丙氧基钛(Ti(iOPr)4)的含量对Nano-TiO2/(柠檬酸钛络合体-聚乙二醇)/LiI/I2电解质膜的结构及电化学性能的影响。研究表明:当Ti(iOPr)4含量高于12 % (w)时,Nano-TiO2粒子和Ti(Ⅵ)杂化中心的共同作用不仅有效提高了电解质膜的离子电导率(σ),而且显著改善了电解质膜与电极间的界面稳定性;Ti(iOPr)4含量为48 % (w)时,电解质膜的室温离子电导率达到最大值9.72×10-5 S·cm-1,电解质膜的界面电阻于6d后趋于稳定。

English

    1. [1]

      (1) Fenton, D. E.; Parker, J. M.;Wright, P. V. Polymer 1973, 14,589.

      (1) Fenton, D. E.; Parker, J. M.;Wright, P. V. Polymer 1973, 14,589.

    2. [2]

      (2) Li, X. L.; Guo, J.;Wu, Q.; Cheng, Y.; Long, Y. C.; Jiang, Z. Y.Acta Phys. -Chim. Sin. 2005, 21, 397. [李雪莉, 郭娟, 吴强, 程岩, 龙英才, 江志裕. 物理化学学报, 2005, 21, 397.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20050411(2) Li, X. L.; Guo, J.;Wu, Q.; Cheng, Y.; Long, Y. C.; Jiang, Z. Y.Acta Phys. -Chim. Sin. 2005, 21, 397. [李雪莉, 郭娟, 吴强, 程岩, 龙英才, 江志裕. 物理化学学报, 2005, 21, 397.]doi: 10.3866/PKU.WHXB20050411

    3. [3]

      (3) Li, Y. J.; Zhan, H.; Liu, S. Q.; Huang, K. L.; Zhou, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2387. [李亚娟, 詹晖, 刘素琴,黄可龙, 周运鸿. 物理化学学报, 2010, 26, 2387.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100818(3) Li, Y. J.; Zhan, H.; Liu, S. Q.; Huang, K. L.; Zhou, Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2387. [李亚娟, 詹晖, 刘素琴,黄可龙, 周运鸿. 物理化学学报, 2010, 26, 2387.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20100818

    4. [4]

      (4) Quartarone, E.; Mustarelli, P.; Magistris, A. Solid State Ion1998, 110, 1. doi: 10.1016/S0167-2738(98)00114-3(4) Quartarone, E.; Mustarelli, P.; Magistris, A. Solid State Ion1998, 110, 1. doi: 10.1016/S0167-2738(98)00114-3

    5. [5]

      (5) Robitaille, C. D.; Fauteux, D. J. Electrochem. Soc. 1986, 133,315. doi: 10.1149/1.2108569(5) Robitaille, C. D.; Fauteux, D. J. Electrochem. Soc. 1986, 133,315. doi: 10.1149/1.2108569

    6. [6]

      (6) Wieczorek,W.; Raducha, D.; Zalewska, A.; Stevens, J. R.J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8725. doi: 10.1021/jp982403f(6) Wieczorek,W.; Raducha, D.; Zalewska, A.; Stevens, J. R.J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8725. doi: 10.1021/jp982403f

    7. [7]

      (7) Yang, H.; Liu, J.; Lin, Y.; Zhang, J.; Zhou, X. Electrochim. Acta2011, 56, 6271.(7) Yang, H.; Liu, J.; Lin, Y.; Zhang, J.; Zhou, X. Electrochim. Acta2011, 56, 6271.

    8. [8]

      (8) Stephan, A. M. Eur. Polym. J. 2006, 42, 21. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2005.09.017(8) Stephan, A. M. Eur. Polym. J. 2006, 42, 21. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2005.09.017

    9. [9]

      (9) Kumar, M.; Sekhon, S. S. Eur. Polym. J. 2002, 38, 1297. doi: 10.1016/S0014-3057(01)00310-X(9) Kumar, M.; Sekhon, S. S. Eur. Polym. J. 2002, 38, 1297. doi: 10.1016/S0014-3057(01)00310-X

    10. [10]

      (10) Wu, X. L.; Xin, S.; Seo, H. H.; Kim, J.; Guo, Y. G.; Lee, J. S.Solid State Ion. 2011, 186, 1.(10) Wu, X. L.; Xin, S.; Seo, H. H.; Kim, J.; Guo, Y. G.; Lee, J. S.Solid State Ion. 2011, 186, 1.

    11. [11]

      (11) Chu, P. P.; Reddy, M. J. J. Power Sources 2003, 115, 288. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00717-6(11) Chu, P. P.; Reddy, M. J. J. Power Sources 2003, 115, 288. doi: 10.1016/S0378-7753(02)00717-6

    12. [12]

      (12) Johan, M. R.; Fen, L. B. Ionics 2010, 16, 335.(12) Johan, M. R.; Fen, L. B. Ionics 2010, 16, 335.

    13. [13]

      (13) Zhang, J.; Han, H.W.;Wu, S. J.; Xu, S.; Yang, Y.; Zhou, C. H.;Zhao, X. Z. Solid State Ion. 2007, 178, 1595. doi: 10.1016/j.ssi.2007.10.009(13) Zhang, J.; Han, H.W.;Wu, S. J.; Xu, S.; Yang, Y.; Zhou, C. H.;Zhao, X. Z. Solid State Ion. 2007, 178, 1595. doi: 10.1016/j.ssi.2007.10.009

    14. [14]

      (14) Geng, Y.; Shi, Y. T.;Wang, L. D.; Ma, B. B.; Gao, R.; Zhu, Y. F.;Dong, H. P.; Qiu, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 2417.(14) Geng, Y.; Shi, Y. T.;Wang, L. D.; Ma, B. B.; Gao, R.; Zhu, Y. F.;Dong, H. P.; Qiu, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 2417.

    15. [15]

      (15) Lee, R. H.; Cheng, T. F.; Chang, J.W.; Ho, J. H. Colloid Polym. Sci. 2011, 289, 817.(15) Lee, R. H.; Cheng, T. F.; Chang, J.W.; Ho, J. H. Colloid Polym. Sci. 2011, 289, 817.

    16. [16]

      (16) Zhang, D.W.; Li, X. D.; Huang, S. M.;Wang, Z. A.; Shi, J. H.;Sun, Z.; Yin, X. J. International Journal of Nanoscience 2010,9, 257.(16) Zhang, D.W.; Li, X. D.; Huang, S. M.;Wang, Z. A.; Shi, J. H.;Sun, Z.; Yin, X. J. International Journal of Nanoscience 2010,9, 257.

    17. [17]

      (17) Basak, P.; Manorama, S. V. Eur. Polym. J. 2004, 40, 1155. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2004.01.013(17) Basak, P.; Manorama, S. V. Eur. Polym. J. 2004, 40, 1155. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2004.01.013

    18. [18]

      (18) Kuo, P. L.; Hou, S. S.; Lin, C. Y.; Chen, C. C.;Wen, T. C. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2004, 42, 2051. doi: 10.1002/pola.20056(18) Kuo, P. L.; Hou, S. S.; Lin, C. Y.; Chen, C. C.;Wen, T. C. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 2004, 42, 2051. doi: 10.1002/pola.20056

    19. [19]

      (19) Liang, G. J.; Xu, J.; Xu,W. L.; Shen, X. L.; Zhang, H.; Yao, M.Polym. Compos. 2011, 32, 511.(19) Liang, G. J.; Xu, J.; Xu,W. L.; Shen, X. L.; Zhang, H.; Yao, M.Polym. Compos. 2011, 32, 511.

    20. [20]

      (20) Liang, G.; Xu, J.; Xu,W. L.; Shen, X. L.; Bai, Z. K.; Yao, M.Polym. Eng. Sci. 2011, 51, 2526.(20) Liang, G.; Xu, J.; Xu,W. L.; Shen, X. L.; Bai, Z. K.; Yao, M.Polym. Eng. Sci. 2011, 51, 2526.

    21. [21]

      (21) Liang, G.; Xu,W. L.; Xu, J.; Shen, X. L.; Yao, M. Influence ofWeight Ratio of Citric Acid Cross Linker on the Structure andConductivity of the Crosslinked Polymer Electrolytes. InAdvanced Materials Research, International Symposium onChemical Engineering and Material Properties, Shenyang,China, Nov 4-6, 2011; Zhang, H. M.,Wu, B., Eds.; Trans TechPublications Ltd: Switzerland, 2011; pp 391-392.(21) Liang, G.; Xu,W. L.; Xu, J.; Shen, X. L.; Yao, M. Influence ofWeight Ratio of Citric Acid Cross Linker on the Structure andConductivity of the Crosslinked Polymer Electrolytes. InAdvanced Materials Research, International Symposium onChemical Engineering and Material Properties, Shenyang,China, Nov 4-6, 2011; Zhang, H. M.,Wu, B., Eds.; Trans TechPublications Ltd: Switzerland, 2011; pp 391-392.

    22. [22]

      (22) Kefalas, E. T.; Panagiotidis, P.; Raptopoulou, C. P.; Terzis, A.;Mavromoustakos, T.; Salifoglou, A. Inorg. Chem. 2005, 44,2596. doi: 10.1021/ic049276o(22) Kefalas, E. T.; Panagiotidis, P.; Raptopoulou, C. P.; Terzis, A.;Mavromoustakos, T.; Salifoglou, A. Inorg. Chem. 2005, 44,2596. doi: 10.1021/ic049276o

    23. [23]

      (23) Deng, Y. F.; Zhou, Z. H.;Wan, H. L. Inorg. Chem. 2004, 43,6266. doi: 10.1021/ic0496018(23) Deng, Y. F.; Zhou, Z. H.;Wan, H. L. Inorg. Chem. 2004, 43,6266. doi: 10.1021/ic0496018

    24. [24]

      (24) Collins, J. M.; Uppal, R.; Incarvito, C. D.; Valentine, A. M.Inorg. Chem. 2005, 44, 3431. doi: 10.1021/ic048158y(24) Collins, J. M.; Uppal, R.; Incarvito, C. D.; Valentine, A. M.Inorg. Chem. 2005, 44, 3431. doi: 10.1021/ic048158y

    25. [25]

      (25) Feng, M.;Wang, Y. F.;Wang, H.; Cao, X.W.; Lan, G. X.; Fan,X. J. Chinese Journal of Light Scattering 2008, 20, 265. [冯敏, 王玉芳, 王翚, 曹学伟, 蓝国祥, 范秀菊. 光散射学报,2008, 20, 265.](25) Feng, M.;Wang, Y. F.;Wang, H.; Cao, X.W.; Lan, G. X.; Fan,X. J. Chinese Journal of Light Scattering 2008, 20, 265. [冯敏, 王玉芳, 王翚, 曹学伟, 蓝国祥, 范秀菊. 光散射学报,2008, 20, 265.]

    26. [26]

      (26) Zampieri, M.; Lazaro, S. R.; Paskocimas, C. A.; Ferreira, A. G.;Lon , E.; Varela, J. A. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2006, 37, 9. doi: 10.1007/s10971-005-4892-2

      (26) Zampieri, M.; Lazaro, S. R.; Paskocimas, C. A.; Ferreira, A. G.;Lon , E.; Varela, J. A. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2006, 37, 9. doi: 10.1007/s10971-005-4892-2

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  766
  • 文章访问数:  2994
  • HTML全文浏览量:  68
文章相关
  • 发布日期:  2012-08-02
  • 收稿日期:  2012-03-30
  • 网络出版日期:  2012-05-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章