Page 26 - 《精细化工》2022年第2期

·230· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

图 4 原位制备 PTB@GF-GPE 和电池组装示意图（a）、Mo 6 S 8 //GPE//Mg 电池在室温的电化学特性（b~e）、60~ –20 ℃
之间的电化学特性（f~g）、使用 Mo 6 S 8 //GPE//Mg 软包装电池点亮 LED（h~k） [55]
Fig. 4 Schematic of synthesis of a GPE of borohydride-polytetrahydrofuran impregnated in a glass fiber (a), electrochemical
characterization of a Mo 6 S 8 //GPE//Mg cell at room temperature (b~e), electrochemical characterization of a
Mo 6 S 8 //GPE//Mg cell and between 60 and –20 ℃ (f~g), lighting an LED using a soft-package Mo 6 S 8 //GPE//Mg battery
(h~k) [55]

近年来，随着单离子聚合物固态电解质的发展， 解 质 中 得到新 型凝 胶聚合 物电 解质。 图 5a 为
研究者亦开始尝试制备镁单离子凝胶聚合物电解 MgCl 2 -AlCl 3 /TEGDME/PVDF-HFP 凝 胶电解质
质。通过聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）和 （GPE）的合成示意图。混合溶剂中去离子水质量
4- 苯乙烯磺酰基（三 氟甲磺酰 基）酰亚 胺钾 分数分别为 0、1%、3%和 5%制备的凝胶电解质标
（KSTFSI）交联，再与镁盐进行离子交换，最终得 记为 PPE-0、PPE-1、PPE-2 和 PPE-3。当混合溶剂
到镁单离子固态电解质。纯固态的镁单离子电解质电 中去离子水质量分数为 3%时，凝胶电解质 PPE-2
–9
导率极低，在 80 ℃下仅为 10 数量级。随后通过溶 电化学性能 最优， 25 ℃时，离子 电导率高达
–4
胀法，使该单离子纯固态电解质成为单离子凝胶电解 4.72×10 S/cm（图 5b），电化学窗口高达 3.1 V（图
–4
2
质，成功地将离子电导率提高到 10 数量级。对不同 5c）。Mg//PPE-2//Mg 电池在 1.0 mA/cm 的电流密度
溶剂溶胀后离子电导率的研究表明，用含 DMSO 的 下进行恒电流充放电，循环 400 h 仍维持 0.13 V 的
溶剂进行溶胀效果更好。尽管溶胀后所得单离子凝 低沉积/溶解过电位和高循环稳定性（图 5d）。当电
胶电解质离子电导率极大改善，该电解质在 Cu-Mg 流密度分别为 20、40、60、100 和 200 mA/g 时，
电池中仍未表现出良好的性能，无法实现镁的可逆 MoS 2 /C//PPE-2//Mg 电池的平均放电比容量分别为
溶解/沉积。电化学阻抗谱显示，其电荷转移电阻极 91.5、76.5、66.7、59.9 和 48.7 mA·h/g（图 5e）。随
大，这也解释了无法实现镁可逆溶解/沉积的原因 [56] 。 后，当电流密度恢复到 20 mA/g 时，放电比容量恢
2021 年，WANG 等 [57] 率先报道了可实际应用于 复到 91.6 mA·h/g，不同电流密度下的库仑效率接近
镁离子电池并实现可逆充放电的凝胶电解质。首先， 100%，表明其具有优异的倍率性能（图 5f）。为评
采用相转化法将 PVDF-HFP 溶解在丙酮和去离子水 估 MoS 2 /C//PPE-2//Mg 电池的长期循环性能，在
混合溶剂中制备了多孔纯固态聚合物膜；随后，将 40 mA/g 的电流密度下进行恒电流放/充电，该电池
其浸入 0.5 mol/L MgCl 2 -AlCl 3 /TEGDME（MgCl 2 - 在 1700 次循环后，比容量为 65.5 mA·h/g，表现出
AlCl 3 复合物的浓度参考 MgCl 2 和 AlCl 3 盐）液态电 优异的长期循环稳定性（图 5g）。