高分子电池材料

　　内容提要 本书以应用于聚合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、聚合物锂离子电池和燃料电池的高分子材料为实例，全面阐述了高分子材料作为电池的导电电极、光电活性层、固体电解质、光敏染料、质子交换膜和基板的应用现状、作用原理、制备方法、性能特性及发展趋势。并着重介绍了导电高分子材料的制备及在电池中的应用。 本书内容新颖，技术先进，对从事电池及高分子材料研究的技术人员具有较强的参考价值。 出版者的话 高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变革。目前高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛的应用，已成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。高分子材料由于原料来源丰富、制造方便、品种繁多、节省能源和投资、用途广泛，因此在材料领域中的地位日益突出，增长最快。高分子材料不仅成为工农业生产及人们的日常生活中不可缺少的材料，也成为发展高新技术所需要的高性能结构材料、高功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。 新型功能高分子是高分子材料科学中充满活力的新领域，并且已在深度和广度上获得进展。出现了一大批各种各样的新型功能高分子材料。例如有特种高分子材料，高分子微球材料，导电高分子材料，光学性能高分子材料，物质传输、分离功能高分子材料，催化功能高分子材料，生物医用高分子材料和声学磁学形状记忆功能高分子材料等。这些新材料将是高分子材料科学的希望所在。 鉴于新型高分子材料的蓬勃发展趋势及现有图书的出版不足，我社策划并组织编写了《高分子新材料丛书》包括以下12种书。 新型有机硅高分子材料 反应性与功能性高分子材料 高分子微球材料 水凝胶高分子材料 高吸水与高吸油性树脂 导电高分子材料 光电高分子材料 高性能聚合物光学材料 高分子膜材料 高分子电池材料 智能高分子材料 超支化聚合物 这套丛书的内容主要是介绍各种新型高分子材料的基本原理、制备方法、性能特点、应用原理与应用技术，并对其发展趋势进行了展望。 化学工业出版社 2005年2月 前言 高分子材料由于具有价格低廉、生产工艺简单、材质轻柔、能通过分子设计调控性能、加工容易，甚至可采用涂布、印刷等方式大批量制备等优点，因而工业上应用极其广泛。 近年来，高分子材料在电池中的应用迅速增加，这主要归因于导电高分子材料的发现。具有共轭π键的导电高分子材料由于兼有聚合物的可加工性、柔韧性以及无机半导体特性或金属导电性，因而具有巨大的商业应用价值。例如，利用有机聚合物薄膜的柔软性，可以制成窗帘式太阳能电池，使用时展开，不用时卷起。这是无机太阳能电池材料所无法比拟的。如果能在性能上取得进一步的突破，将其光电转换效率提高到接近商品无机材料太阳能光电池的水平，将有可能在生产实践中得到广泛的应用，其市场前景将十分巨大。 高分子材料在电池中的应用前景是毋庸置疑的，无论是导电高分子材料还是普通绝缘高分子材料均可在电池中发挥重要作用。 （1）正负极板主要是利用共轭高分子材料的导电性。例如，以p型高分子半导体为正极，n型高分子半导体为负极，可制得"全塑性"太阳能电池；以聚苯胺等导电高分子材料作为正极材料的锂离子电池已有产品出售；以透明导电高分子薄膜取代太阳能电池传统的ITO等无机导电薄膜。 （2）光敏染料大多数有机染料分子都可用作染料敏化大阳能电池的光电功能材料。只要具有较大的共轭体系、有较强的电荷迁移能力、结构为非对称等特点，就可满足光电材料的要求。目前小分子染料研究较成熟，且大多都有商品出售。但小分子染料大多不稳定，在高温下易分解、易挥发，耐溶剂性差，不能满足材料器件化的要求，所以众多研究者把目标逐渐聚焦到高分子染料。 （3）光电活性层主要用于聚合物薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池中，产生载流子并使电子和空穴往相反方向运动。 （4）固体电解质固体电解质指聚合物电解质和凝胶电解质。固体电解质可避免液体电解质易挥发而造成电池寿命短等问题。固体电解质在染料敏化太阳能电池、锂离子电池等电池中都有特别重要的作用。以固体电解质制作的锂离子电池称为聚合物锂离子电池，其中固体电解质的作用可谓"一箭双雕"，不仅起到电解质的作用，而且起到隔膜的作用。 （5）质子交换膜燃料电池的质子交换膜属于选择性透过膜，除了质子交换功能外，还是电解质和电催化剂的基底，同时起到隔离燃料和氧化剂的作用。 （6）其他主要是利用高分子材料的柔韧性、透明性、可加工性、耐温性和化学稳定性等，作为电池的基板、封装材料等。柔性基板是柔性电池的必要条件之一。 高分子材料在很多电池中都有应用，例如作为电池的隔膜和封装材料，已有很多资料进行了全面系统的介绍。但导电高分子在电池中的应用却鲜有论述，更缺乏系统性的介绍。为此，本书重点介绍导电高分子在电池中的应用，希望为推动导电高分子的研究与开发，特别是导电高分子在电池中的应用尽自己的绵薄之力。本书选择了聚合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、聚合物锂离子电池和燃料电池作为背景，在介绍电池的结构、性能和特点的基础上，介绍几种典型的高分子材料作为电池的导电电极、光电活性层、固体电解质、光敏染料、质子交换膜和基板的研究与开发现状、作用原理、制备方法、性能特点及发展趋势。 高分子电池材料涉及多个学科，特别是导电高分子电池材料，发展历史短，尚有不少学术观点有待取得共识。作者学识有限，尽管在编著过程中竭尽全力，但不足之处仍在所难免，敬请读者谅解并不吝赐正。 陈振兴 2005年7月子长沙

暂缺《高分子电池材料》作者简介

第1章高分子电池材料基础1
11概述1
12导电高分子材料及其制备方法2
121导电高分子材料2
122导电高分子材料合成方法15
13高分子电池材料的发展历史16
14高分子材料在电池中的应用18
141导电电极18
142固体电解质19
143光敏染料24
144光电活性层27
145质子交换膜28
146隔膜30
147其他应用31
15高分子电池材料的发展前景31
参考文献32
第2章聚合物薄膜太阳能电池35
21概述35
211太阳能与光电化学36
212半导体光电化学电池的分类40
213硅系与多元化合物薄膜太阳能电池41
214聚合物薄膜太阳能电池45
215染料敏化纳米晶太阳能电池46
216液结光电化学聚合物薄膜太阳能电池48
217太阳能电池的发展趋势48
22聚合物薄膜太阳能电池49
221聚合物薄膜太阳能电池物理机理49
222聚合物薄膜光电池的性能参数及测定51
223聚合物薄膜太阳能电池结构55
224聚合物体相异质结型太阳能电池60
225聚合物薄膜太阳能电池的寿命和稳定性64
226聚合物薄膜太阳能电池发展趋势65
23聚合物薄膜太阳能电池材料66
231概述66
232聚合物薄膜太阳能电池材料的分类69
233聚合物薄膜太阳能电池薄膜材料的制备方法71
24聚对苯亚乙烯及其衍生物74
25c60及其衍生物77
251概况77
252c60的物理化学性质78
253c60的几种重要改性方法80
254重氮烷烃环加成法合成c60衍生物85
255bingelhirsch法合成c60衍生物93
256prato法合成c60衍生物98
257叠氮烷烃法合成c60衍生物102
26聚苯胺107
261概述107
262聚苯胺的结构107
263聚苯胺的性能及在电池中的应用113
264聚苯胺的合成与掺杂方法117
265苯胺自催化制备聚苯胺膜124
266可溶性聚苯胺132
267聚苯胺的发展趋势138
27聚噻吩138
271概述138
272聚噻吩的合成139
273电化学制备聚噻吩薄膜141
274分子束外延生长六噻吩薄膜144
28聚合物薄膜太阳能电池材料的发展前景152
参考文献154
第3章染料敏化太阳能电池159
31概述159
311染料敏化太阳能电池的发展历史159
312染料敏化太阳能电池的结构与组成161
32染料敏化太阳能电池的工作原理167
321基本原理167
322性能参数170
323载流子的产生和传输173
324纳米晶的半导体特性179
325电池模型与分析187
33染料200
331概述200
332高分子染料209
333聚酞菁232
34电解质242
341液体电解质243
342固体电解质248
343空穴传输材料254
344电解质的发展趋势257
35基板258
351概述258
352聚酰亚胺薄膜258
353聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜265
参考文献267
第4章聚合物锂离子电池271
41概述271
411电池结构与工作原理272
412电池性能与特点275
413电池材料276
42聚合物正极材料282
421聚苯胺282
422聚吡咯285
423聚噻吩288
424聚硫化物290
425聚2,5二巯基1,3,4噻二唑291
426聚硫化碳类聚合物292
427硫链交联网状聚合物292
43聚合物电解质292
431概述292
432聚合物电解质发展概况294
433聚合物电解质种类299
434聚合物电解质的导电机理306
435聚合物电解质发展趋势308
44凝胶电解质312
441凝胶电解质的组成312
442凝胶电解质的性能315
443凝胶电解质的导电机理316
444凝胶电解质种类318
445凝胶电解质的制备方法330
45聚丙烯酸锂聚合物电解质332
451聚丙烯酸锂的合成路线332
452paalilix聚合物电解质的制备333
453聚丙烯酸锂的共聚改性333
454影响聚丙烯酸锂合成反应的因素334
455聚丙烯酸锂的导电性能337
46聚偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物凝胶电解质338
461湿法制备338
462干法制备345
463复合型凝胶电解质353
464多孔凝胶电解质368
参考文献374
第5章燃料电池377
51燃料电池概况377
511燃料电池及分类377
512燃料电池发展简史379
513燃料电池单体的组成及原理380
514燃料电池系统381
515各种燃料电池简介382
52高分子质子交换膜386
521pemfc工作原理及pem的可靠性要求386
522全氟离子聚合物离子交换膜特性388
523全氟磺酸膜的结构模型及质子传递389
524质子交换膜的性能表征391
525全氟磺酸质子交换膜399
526新型质子交换膜材料及其改性401
527新型质子交换膜的研究406
528氟碳高聚物离子交换膜的制备417
529全氟磺酸质子交换膜的回收和利用422
参考文献423