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聚合物纳米复合电解质(PEO)8-ZnO-LiClO4微结构及电导率研究

王君君 龚静 宫振丽 闫晓丽 高舒 王波

聚合物纳米复合电解质(PEO)8-ZnO-LiClO4微结构及电导率研究

王君君, 龚静, 宫振丽, 闫晓丽, 高舒, 王波
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  • 以聚氧化乙烯(PEO)为基质,成功制备出纳米ZnO掺杂的(PEO)8-ZnO-LiClO4离子导电聚合物电解质,并利用多种实验技术,包括扫描电子显微镜、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱和正电子湮没寿命谱(PALS),系统地研究了纳米ZnO与基质间相互作用及其对聚合物链段运动、纳米尺度自由体积、离子输运和复合电解质电导率的影响.实验结果发现,纳米ZnO的掺杂使聚合物电解质的离子电导率得到了大幅度提高,当ZnO与PEO质量比为6%时达到最大,(PEO)8-ZnO-LiClO4的电导率为1.8210-4 S cm-1,比(PEO)8-LiClO4的电导率(6.5810-5 S cm-1)提高了大约一个数量级.XRD结果显示,纳米ZnO的加入降低了PEO的结晶性,增加了锂离子传输的非晶相,从而提高了电导率.离散PALS测量结果表明,随着纳米ZnO的加入,复合电解质的自由体积、浓度和相对自由体积分数fr均增加.连续PALS分析揭示了自由体积的分布由一个峰劈裂成两个峰,表明纳米ZnO的掺杂对聚合物的微结构有很大影响.基于实验测量的fr和离子电导率,研究了离子导电机理.研究发现, fr与电导率之间存在一个直接关系,即fr越大,越有利于锂离子的传输,导致电导率越大.这个结果支持聚合物电解质导电的自由体积理论.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10875089)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-02-25
  • 修回日期:  2011-07-01
  • 刊出日期:  2011-12-15

聚合物纳米复合电解质(PEO)8-ZnO-LiClO4微结构及电导率研究

  • 1. 武汉大学物理科学与技术学院,武汉 430072
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:10875089)资助的课题.

摘要: 以聚氧化乙烯(PEO)为基质,成功制备出纳米ZnO掺杂的(PEO)8-ZnO-LiClO4离子导电聚合物电解质,并利用多种实验技术,包括扫描电子显微镜、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱和正电子湮没寿命谱(PALS),系统地研究了纳米ZnO与基质间相互作用及其对聚合物链段运动、纳米尺度自由体积、离子输运和复合电解质电导率的影响.实验结果发现,纳米ZnO的掺杂使聚合物电解质的离子电导率得到了大幅度提高,当ZnO与PEO质量比为6%时达到最大,(PEO)8-ZnO-LiClO4的电导率为1.8210-4 S cm-1,比(PEO)8-LiClO4的电导率(6.5810-5 S cm-1)提高了大约一个数量级.XRD结果显示,纳米ZnO的加入降低了PEO的结晶性,增加了锂离子传输的非晶相,从而提高了电导率.离散PALS测量结果表明,随着纳米ZnO的加入,复合电解质的自由体积、浓度和相对自由体积分数fr均增加.连续PALS分析揭示了自由体积的分布由一个峰劈裂成两个峰,表明纳米ZnO的掺杂对聚合物的微结构有很大影响.基于实验测量的fr和离子电导率,研究了离子导电机理.研究发现, fr与电导率之间存在一个直接关系,即fr越大,越有利于锂离子的传输,导致电导率越大.这个结果支持聚合物电解质导电的自由体积理论.

English Abstract

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