[00139786]面向环境与能源的高分子材料结构性能调控机制

随着科技进步和社会发展,环境污染、化石燃料枯竭等环境与能源问题日趋严峻。因此,环境与能源是当前乃至今后国际研究的前沿领域和重点领域。高分子材料是国民经济的重要基础性和先导性产业,其合成、应用、退役与环境能源息息相关,直接关系到社会经济可持续发展。 自上世纪高分子材料大规模合成应用以来,加速了化石燃料的消耗,引发能源危机,同时高分子材料废弃后造成白色环境污染,影响社会经济可持续发展。一个重要的解决途径就是开发利用生物降解高分子材料。聚乳酸具有优异的力学强度、成型加工性和生物降解性,在众多生物降解高分子材料中脱颖而出。因此,开发利用聚乳酸能够缓解全球环境和能源问题,有利于社会经济可持续发展。然而,聚乳酸存在结晶速率较慢,熔点较低和亲水性较差等缺点,限制了其在相关领域的应用。因此,对聚乳酸材料微观结构进行研究与调控,进而改善其使用性能是十分必要的。 发展新能源汽车是我国迈向汽车强国的必由之路。新能源汽车不仅能够缓解化石燃料枯竭所引起的能源危机,还能够有效减少污染物排放、降低环境污染。锂电池和超级电容器是新能源汽车的主要动力来源。目前广泛使用的聚烯烃隔膜具有电解液浸润差、耐热温度低等缺点,容易诱发锂枝晶、消耗电解液、起火爆炸等,严重影响锂电池的寿命和安全性。相比于锂电池,水系超级电容器/电池具有功率密度大、安全性能高等优点,但其比容量与能量密度却较低。因此,开发储能用新型高分子隔膜/电极,对新能源汽车产业发展具有重大而又深远的意义。 本项目系统深入研究了生物降解高分子材料（聚乳酸）和储能用新型高分子隔膜/电极的结构与性能调控机制,取得了多项原创性成果,为发展面向环境与能源应用的高分子材料的研究与应用提供了理论基础。主要研究成果如下： 1.生物降解聚乳酸结构调控及高性能化 研究成型加工过程中聚乳酸结晶转变与结构性能调控、立构复合结晶机制以及纳米纤维膜成形与形态调控。从分子水平上阐明了非晶结构的演化及其结晶转变规律,发展了多种立构复合结晶调控方法,阐明了立构复合结晶与分子间扩散的内在关系,揭示了分子链拓扑形态及结构转变机制,建立了聚乳酸纳米纤维形态调控新手段,拓展了聚乳酸在油水乳液分离的应用,建立了节能环保分离新方法,为聚乳酸高性能化提供科学依据。 2.储能用新型高分子隔膜/电极 创新性采用三维纳米纤维网络包裹无机纳米粒子,得到高无机负载量的柔性复合隔膜,为高安全、高性能锂电池隔膜开发提供了新思路。利用纤维素调控活性材料形态结构,开发高性能柔性电极,基于原位拉曼光谱深化了储能机制,同时发展了不同维度和组装结构的水系电池,为高性能柔性储能器件设计提供了新方法,拓展高分子材料在能源领域的应用。