2.4 结论与展望

聚合物电解质的应用越来越广泛,其应用领域也在不断扩大。尽管基于锂离子的电解质已经商业化,如应用于波音787 梦幻客机下拉窗口阴影,法拉利575 Su-peramerica Flexity 2轻轨车辆的智能玻璃,但是,如不安全、很容易泄漏和不稳定的电化学性能的缺点限制了其进一步的发展和更广泛的应用。在本章中,我们对电致变色的应用要求进行了基本的了解,同时,综述了聚合物基电解质的最新进展,包括PEO/PVDF/PMMA凝胶聚合物、自愈聚合物、交联聚合物、陶瓷聚合物、离子液体聚合物和明胶聚合物电解质。复合聚合物电解质的应用已被认为是提高电解质性能的一种有前途的方法。

虽然聚合物电解质已经得到了广泛的研究,但在商业化之前仍有一些基本问题需要解决。离子电导率仍低于锂基液体电解质的数量级。温度是决定离子电导率最主要的参数之一,特别是在较低的温度下,聚合物固体电解质中的离子电导率显著下降。此外,电解液与EC层之间的界面作用机制尚不清楚。

目前,以PEO/PVDF/PMMA为基础的凝胶-聚合物电解质也得到了广泛的研究,但室温离子电导率(≈10 -5 S·cm-1 )过低,在相对较高的电压下抗氧化能力差。较差的机械性能限制了离子液体电解质提高离子电导率。安全问题同样不容忽视。开发一种同时具有优良电致变色性能和良好低温自愈性能的自愈电解质仍是一项未解决的挑战。交联复合聚合物电解质能有效地包封电解质溶液,无溶剂泄漏,具有良好的界面特性。然而,室温下的低离子电导率仍需改善。陶瓷聚合物电解质的难点在于如何构建良好的分散性,增强填料与聚合物之间的相互作用,制约着离子电导率的进一步提高。明胶为基础的聚合物电解质已被证明是一种替代粘合剂,但其在测试条件下的流变性行为限制了这种材料在工业上的使用。

为了克服这些挑战,未来可能的研究方向如下:

(1) 提高电解液的电化学稳定电位窗口( ESPW)。电化学窗口依赖于导电盐和溶剂的正离子和负离子。应该注意的是,在大多数情况下,电解质的增加可能会导致其他性能的恶化,如电解质的离子电导率和粘度。 ESPW的改进可以通过探索新的有机溶剂、新的导电盐或优化/修改常用的有机电解质来实现。然而,要达到所有的要求是很困难的,例如高ESPW、高离子电导率、高物理化学稳定性、低粘度和环保。在解决实际问题时,有些妥协可能是合理的。

(2) 提高EC运行的工作温度范围。可以探索乙二醇等添加剂来降低电解液的功率温度极限。在有机电解质方面,开发新型有机溶剂混合物可能获得工作温度范围更广的电解质。

(3) 优化电解质与电极材料之间的相互作用,以改善EC性能。可以使用原位表征方法(例如FTIR,拉曼光谱等)表征工作条件下的电解质。可以在传统的透射电子显微镜( TEM)下观察到EC层和电解质之间的界面[136—137] 。

(4) 结合理论和实验研究来分析、指导和设计电解质。可以通过材料计算来模拟和解释相应的离子机理。有必要通过理论建模和实验方法从根本上理解电解质离子动力学的机理。

(5) 制定评估电解质性能的标准方法。开发适当和标准化的方法来评估不同电解质及其相关EC的性能是必要且重要的。

最后,在宽温度范围内寻找合适的高电导率复合电解质始终值得进一步努力研究。商业电解质需要在室温下具有高离子传导性、安全性和易于加工的特性。

近来报道的一些聚合物电解质及其性质分别列于表2. 1~表2. 4。

表2.1 进来报道的聚合物电解质及其例子3电导率

续表

表2.2 自愈和交联聚合物电解质复合物及其各自的最高离子电导率的例子

续表

表2.4 离子液体电解质的组成及性能

续表