Page 39 - 《精细化工》2023年第2期

第 2 期 赵凯乐，等: 聚吲哚/聚丙烯腈聚合物基电解质膜的制备及性能 ·261·

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道，缩短了离子通过电解质的路径，进而提高了电 基电解质膜离子扩散系数为 2.69× 10 cm /S，约为
解质的整体离子电导率 [12] 。随着 PIN 含量进一步增 C-P 的 1.6 倍。
加，PIN/PAN 聚合物基电解质膜离子电导率继续升 2.4 PIN/PAN 固态空气电池放电性能测试
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高，在 PIN 含量为 4%时达到最优，为 6.7×10 S/cm。 图 9 为不同 PIN/PAN 固态铝空气电池在不同电
但随着 PIN 含量增加至 6%，PIN/PAN 聚合物基电 流密度下恒流放电曲线及功率密度曲线。
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解质膜离子电导率降至 4.1×10 S/cm，继续增加 PIN
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含量至 8%，离子电导率进一步降低至 0.5×10 S/cm。
这是由于过量的 PIN 造成团聚降低了 PIN 的利用
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率，同时较小的孔隙率降低了电解质中 K 、OH 的
迁移效率，使离子电导率减小。C-P 无法提供额外
的离子通道，离子只能通过纤维孔隙进行传输，C-P 的
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离子电导率为 1.1×10 S/cm，介于 6% PIN/PAN 与 8%
PIN/PAN 聚合物基电解质膜之间，最优配比 4% PIN/
PAN 聚合物基电解质膜离子电导率约为 C-P 的 6.1 倍。

表 2 PIN/PAN 聚合物基电解质膜的电化学参数
Table 2 Electrochemical parameters of PIN/PAN polymer
electrolyte films
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样品 σ/(×10 S/cm) I lim/mA D/(×10 cm /S)
1% PIN/PAN 1.5 1.7 0.88
2% PIN/PAN 1.8 3.3 1.71
4% PIN/PAN 6.7 5.2 2.69
6% PIN/PAN 4.1 4.1 2.12
8% PIN/PAN 0.5 1.8 0.93
C-P 1.1 3.2 1.66

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对于铝空气电池而言，阳极铝与 OH 反应生成
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Al(OH) 3 ；阴极 O 2 被还原成为 OH ，补充阳极反应
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的 OH 。放电过程中，OH 是连接阴阳电极反应的
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桥梁，在电场作用下，OH 在碱性电解质中定向迁
移，满足不同位置的反应需求。因此，研究中只考
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虑对扩散过程起决定性作用的 OH 扩散。图 8 为
PIN/PAN 聚合物基电解质膜的 LSV 曲线。由扩散极
限电流（I lim ）用式（4）计算得出离子扩散系数。

图 8 PIN/PAN 聚合物基电解质膜的 LSV 曲线 a—3 mA/cm ；b—5 mA/cm ；c—7 mA/cm ；d—功率密度曲线
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Fig. 8 LSV curves of PIN/PAN polymer electrolyte films 图 9 PIN/PAN 固态铝空气电池在不同电流密度下恒流

由图 8 可知，离子扩散系数变化规律和离子电 放电曲线及功率密度曲线
Fig. 9 Discharge curves and power density curves of PIN/PAN
导率变化是一致的。最优配比 4% PIN/PAN 聚合物 solid aluminum air battery under different current densities