高分子電池材料

　　內容提要 本書以應用于聚合物薄膜太陽能電池、染料敏化太陽能電池、聚合物鋰離子電池和燃料電池的高分子材料為實例，全面闡述了高分子材料作為電池的導電電極、光電活性層、固體電解質、光敏染料、質子交換膜和基板的應用現(xiàn)狀、作用原理、制備方法、性能特性及發(fā)展趨勢。并著重介紹了導電高分子材料的制備及在電池中的應用。 本書內容新穎，技術先進，對從事電池及高分子材料研究的技術人員具有較強的參考價值。 出版者的話 高分子材料是材料領域中的新秀，它的出現(xiàn)帶來了材料領域中的重大變革。目前高分子材料在尖端技術、國防建設和國民經濟各個領域得到廣泛的應用，已成為現(xiàn)代社會生活中衣、食、住、行、用各個方面所不可缺少的材料。高分子材料由于原料來源豐富、制造方便、品種繁多、節(jié)省能源和投資、用途廣泛，因此在材料領域中的地位日益突出，增長最快。高分子材料不僅成為工農業(yè)生產及人們的日常生活中不可缺少的材料，也成為發(fā)展高新技術所需要的高性能結構材料、高功能材料以及滿足各種特殊用途的專用材料。 新型功能高分子是高分子材料科學中充滿活力的新領域，并且已在深度和廣度上獲得進展。出現(xiàn)了一大批各種各樣的新型功能高分子材料。例如有特種高分子材料，高分子微球材料，導電高分子材料，光學性能高分子材料，物質傳輸、分離功能高分子材料，催化功能高分子材料，生物醫(yī)用高分子材料和聲學磁學形狀記憶功能高分子材料等。這些新材料將是高分子材料科學的希望所在。 鑒于新型高分子材料的蓬勃發(fā)展趨勢及現(xiàn)有圖書的出版不足，我社策劃并組織編寫了《高分子新材料叢書》包括以下12種書。 新型有機硅高分子材料 反應性與功能性高分子材料 高分子微球材料 水凝膠高分子材料 高吸水與高吸油性樹脂 導電高分子材料 光電高分子材料 高性能聚合物光學材料 高分子膜材料 高分子電池材料 智能高分子材料 超支化聚合物 這套叢書的內容主要是介紹各種新型高分子材料的基本原理、制備方法、性能特點、應用原理與應用技術，并對其發(fā)展趨勢進行了展望。 化學工業(yè)出版社 2005年2月 前言 高分子材料由于具有價格低廉、生產工藝簡單、材質輕柔、能通過分子設計調控性能、加工容易，甚至可采用涂布、印刷等方式大批量制備等優(yōu)點，因而工業(yè)上應用極其廣泛。 近年來，高分子材料在電池中的應用迅速增加，這主要歸因于導電高分子材料的發(fā)現(xiàn)。具有共軛π鍵的導電高分子材料由于兼有聚合物的可加工性、柔韌性以及無機半導體特性或金屬導電性，因而具有巨大的商業(yè)應用價值。例如，利用有機聚合物薄膜的柔軟性，可以制成窗簾式太陽能電池，使用時展開，不用時卷起。這是無機太陽能電池材料所無法比擬的。如果能在性能上取得進一步的突破，將其光電轉換效率提高到接近商品無機材料太陽能光電池的水平，將有可能在生產實踐中得到廣泛的應用，其市場前景將十分巨大。 高分子材料在電池中的應用前景是毋庸置疑的，無論是導電高分子材料還是普通絕緣高分子材料均可在電池中發(fā)揮重要作用。 （1）正負極板主要是利用共軛高分子材料的導電性。例如，以p型高分子半導體為正極，n型高分子半導體為負極，可制得"全塑性"太陽能電池；以聚苯胺等導電高分子材料作為正極材料的鋰離子電池已有產品出售；以透明導電高分子薄膜取代太陽能電池傳統(tǒng)的ITO等無機導電薄膜。 （2）光敏染料大多數(shù)有機染料分子都可用作染料敏化大陽能電池的光電功能材料。只要具有較大的共軛體系、有較強的電荷遷移能力、結構為非對稱等特點，就可滿足光電材料的要求。目前小分子染料研究較成熟，且大多都有商品出售。但小分子染料大多不穩(wěn)定，在高溫下易分解、易揮發(fā)，耐溶劑性差，不能滿足材料器件化的要求，所以眾多研究者把目標逐漸聚焦到高分子染料。 （3）光電活性層主要用于聚合物薄膜太陽能電池和染料敏化太陽能電池中，產生載流子并使電子和空穴往相反方向運動。 （4）固體電解質固體電解質指聚合物電解質和凝膠電解質。固體電解質可避免液體電解質易揮發(fā)而造成電池壽命短等問題。固體電解質在染料敏化太陽能電池、鋰離子電池等電池中都有特別重要的作用。以固體電解質制作的鋰離子電池稱為聚合物鋰離子電池，其中固體電解質的作用可謂"一箭雙雕"，不僅起到電解質的作用，而且起到隔膜的作用。 （5）質子交換膜燃料電池的質子交換膜屬于選擇性透過膜，除了質子交換功能外，還是電解質和電催化劑的基底，同時起到隔離燃料和氧化劑的作用。 （6）其他主要是利用高分子材料的柔韌性、透明性、可加工性、耐溫性和化學穩(wěn)定性等，作為電池的基板、封裝材料等。柔性基板是柔性電池的必要條件之一。 高分子材料在很多電池中都有應用，例如作為電池的隔膜和封裝材料，已有很多資料進行了全面系統(tǒng)的介紹。但導電高分子在電池中的應用卻鮮有論述，更缺乏系統(tǒng)性的介紹。為此，本書重點介紹導電高分子在電池中的應用，希望為推動導電高分子的研究與開發(fā)，特別是導電高分子在電池中的應用盡自己的綿薄之力。本書選擇了聚合物薄膜太陽能電池、染料敏化太陽能電池、聚合物鋰離子電池和燃料電池作為背景，在介紹電池的結構、性能和特點的基礎上，介紹幾種典型的高分子材料作為電池的導電電極、光電活性層、固體電解質、光敏染料、質子交換膜和基板的研究與開發(fā)現(xiàn)狀、作用原理、制備方法、性能特點及發(fā)展趨勢。 高分子電池材料涉及多個學科，特別是導電高分子電池材料，發(fā)展歷史短，尚有不少學術觀點有待取得共識。作者學識有限，盡管在編著過程中竭盡全力，但不足之處仍在所難免，敬請讀者諒解并不吝賜正。 陳振興 2005年7月子長沙

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