新型低温离子液体的合成及其电化学性能研究开题报告

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1、开题报告新型低温离子液体的合成及其电化学性能研究一、选题的背景、意义离子液体的应用研究以及开发新型离子液体有利于推进绿色过程的发展，解决环境污染和能源问题，对我国的可持续发展有着非常重要的战略意义。由于离子液体有着诸多优良的性质，例如：电化学窗口宽、几乎没有蒸汽压、可以在分子水平上进行设计等，从而被广泛地应用于萃取技术、电化学研究、超分子组装以及催化化学反应（如：氢化反应、傅克反应、Heck反应、Diels-Alder反应）。目前，基于离子液体的合成及绿色过程研究的相关报道逐年增多，离子液体已经在化学科研领域和工业领域发挥着越来越重要的作用。但是，目前人们

2、对离子液体和离子液体电解质的各项物理、化学性能及其在电化学各领域中的实际应用情况的研究，尚处于起步阶段。所研究的离子液体种类有限，而且系统的研究报道并不多见，在已有的-些文献报道中，研究结果并不完全一致。由于离子液体的可设计性，种类繁多，新的离子液体不断涌现，以及利用其制备电解质的方法灵活多样，可供选择的相关材料（如，溶剂、添加剂等）数目庞大，使得将其应用于电化学领域的研究具有丰富的内容，尚有许多的工作值得我们去深入的研究。电解质的性能是影响双电层电容器等电化学装置性能的重要因素之一。受材料特性的限制，利用传统材料开发电解质存在-些难以克服的缺点。根据电化

3、学装置对其电解质的性能要求，结合离子液体的诸多的物理化学特性，不难发现利用离子液体开发新型电解质有望很好地解决这些问题。例如，利用其特殊的溶解性能，将其溶解在适宜的有机溶剂中配制成高浓度的离子液体/有机溶剂液态电解质，有望克服传统的非水溶液液态电解质导电离子浓度低和电导率低的缺点；利用离子液体不挥发、不燃烧的特性，用它代替有机溶液作为聚合物电解质的增塑剂，或者直接以电导率高的纯离子液体作为液态电解质，则可提高电解质的稳定性，消除双电层电容器等电化学装置的安全隐患。目前，这方面的研究虽然已有少量的-些相关文献报道，但是还很不充分，尚有很大的发展空间。6二、相

4、关研究的最新成果及动态2.1锂电池锂离子电池作为-种优良的能源而被广泛应用，但鉴于安全和稳定性的考虑，人们-直在寻求具有高的锂离子导电性的固体电解质材料。MacFarlane等[1]设计出以离子液体为塑晶网络，再将锂离子掺杂其中，由于这种晶格旋转无序性且存在空位，锂离子可在其中快速移动，导电性好，使离子液体在二次电池上的应用很有前景。Bockirs等[2]合成了以吡啶阳离子为基础的DMFPBF4离子液体，其可在较宽的温度范围内和锂稳定共存，以它为电解质装配的LiMnO4/Li电池显示出较高的充放电循环效率(96%)。Koch等[3]采用电化学阻抗对锂在离子

5、液体中的稳定性进行了研究，结果表明：离子液体的还原产物在锂表面并没有形成致密的钝化膜，因而不能完全隔绝锂电极与本体电解液的接触。Garcia等[4]酬以EMITFSI为锂离子电池的电解质，用LiCoO2和Li4Ti5012作为正负极材料，解决了碳负极在离子液体中有剥离的问题。且以LiTFSI/EMITFSI为电解质装配的电池具有较好的循环性能，LiCo02放电电容可达106mA.h/g，循环200次放电电容仍保持90%以上。2.2太阳能电池目前太阳能电池-般使用由有机溶剂组成的电解质，而有机溶剂易挥发密封困难，这使电池的稳定性和寿命受到影响。离子液体由于具

6、有热稳定、低蒸气压、不燃性、高离子传导率、宽的电化学稳定电位窗、与聚合物易形成凝胶等特性，使其非常适合用于光电化学太阳能电池的电解液[5]。Wang等[1]副以六烷基胍盐离子液体作为燃料敏化太阳能电池的电解质，研究发现与传统的电池相比其光电传化率大大提高，在AM=1.5时的光下，光电转化率为7.5%-8.3%。另外，他还研究了在离子液体中加入纳米SiO2微粒，使其形成准固态电解质，以此电解质装配的电池在AM=1.5时的日光下，光电转化率为7%。Kang等[6]刚合成了碘化1-乙烯基-3-庚基甲基咪唑翁盐(VHplI)离子液体，并将其作为染料敏感化太阳能电池

7、的电解液，研究了碘化锂添加物的VHplI型染料敏感化太阳能电池的能量转化率，发现含有VHplI和碘的氧化还原对的太阳能电池在AM=1.5时的太阳光下，光电转化率为2.63%；添加少量后光电转化率达到3.63%6，且认为转化率的增加是由于外部量子效应的增加。Mikoshiba等[4]将少量的水添加到含锂和叔丁基吡啶的碘化甲基丙基咪唑翁盐离子液体中，检测到染料敏感化太阳能光电池的性能明显增加。2.3离子液体在电沉积方面的应用离子液体作为电解液来电化学沉积各种金属、合金、半导体等，可以获得-些在传统溶剂中不能发生电沉积的材料及在室温下电沉积-些传统方法只能在高温

8、下才能沉积出来的材料；另外还可以通过改变离子液体的性质和电化学参数