精品欧美三级在线观看-精品国产精品国产一级-久久综合综合久久综合-欧美在线看欧美视频免费

近年來，由于環(huán)境問題日益嚴重，對環(huán)境保護的要求日益提高，先進的工程塑料、橡膠、復合材料、金屬替代品、涂料、薄膜、人造革、膠粘劑、表面活性劑等清潔新能源逐漸出現(xiàn)。新型含氟材料是發(fā)展高端制造業(yè)、環(huán)保、新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐材料。

含氟新材料廣泛應用于能源、計算機、通信、航空航天等領域。因為它們在化學工業(yè)中技術含量高，附加值高。近年來，作為太陽能、鋰離子電池、釩電池、燃料電池、風能等領域的關鍵材料之一。含氟新材料發(fā)展迅速，市場空間不斷擴大，發(fā)展前景良好。

讓我們了解一下新型含氟材料在鋰、光伏和氫能領域的應用！

一、鋰電領域

鋰離子電池具有優(yōu)良的安全性、高功率承受力、高的比能量、長的循環(huán)壽命、低自放電率等眾多優(yōu)點已成為化學能源領域研究和開發(fā)的重點，含氟材料在鋰電中的應用主要包括電解液、隔膜、粘結劑等。

鋰電行業(yè)中用到的含氟新材料主要是六氟磷酸鋰、PVDF、雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）等。

目前，六氟磷酸鋰以其優(yōu)良的電導率、較穩(wěn)定的電化學性能，作為電解質(zhì)鹽在鋰離子電池中得到了大規(guī)模的應用。但是隨著鋰電池產(chǎn)品的更新迭代和業(yè)內(nèi)對鋰電池安全性能要求的提高，六氟磷酸鋰已不能完全滿足市場需求，迫切需要一種新的含氟鋰鹽替代六氟磷酸鋰。

雙氟磺酰亞胺鋰可作為鋰離子電池電解液添加劑，應用于可充電鋰電池的電解液中，能有效降低形成在電極板表面上的SEI層在低溫下的高低溫電阻，降低鋰電池在放置過程中的容量損失，從而提供高電池容量和電池的電化學性能。

雙氟磺酰亞胺鋰具有電化學穩(wěn)定性好、耐水解性好以及電導率高等特點，尤其在動力電池中，可改善動力電池的循環(huán)性能以及倍率性能，可作為替代六氟磷酸鋰的下一代二次鋰離子電池電解質(zhì)鋰鹽。

另外，電解液添加劑尤其是含氟添加劑的使用也引起了人們的廣泛關注，目前氟代碳酸乙烯酯是目前應用最為廣泛的一種含氟添加劑，計算表明由于F元素的加入，F(xiàn)EC的LUMO能量遠低于EC，因此在FEC在電解液中分解要早于主要的溶劑（EC、DMC、EMC等），同時FEC生成SEI膜的含有較多的LiF成分，機械強度較高，因此能夠顯著改善鋰離子電池，特別是含Si鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性，同時高LiF的SEI能夠減少負極界面膜的低溫阻抗，能夠改善電池的低溫性能。

除了常見的氟代的有機分子之外，氟代鋰鹽也常被用來作為電解液添加劑，除了上文提到的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰外，四氟硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰等也可用作電解液添加劑。

PVDF也是鋰電池中用到的重要含氟材料之一。在鋰電池中，PVDF主要用于正極粘結劑，它具有工作電壓寬、抗氧化還原性高、溫度穩(wěn)定性高、加工性能良好和易成膜等優(yōu)點。

自2020年下半年開始，新能源汽車銷量快速增加帶動鋰電池需求爆發(fā)，PVDF作為不可或缺的正極粘結劑，也迎來了需求爆發(fā)期，年需求增長率超過20%。雖然PVDF粘結劑添加量較少，但將直接影響電池的循環(huán)性能、快速充放能力與電池內(nèi)阻。與普通PVDF相比，電池級PVDF性能要求較高，生產(chǎn)工藝多以懸浮聚合為主。懸浮聚合技術壁壘較高，選擇不同的懸浮劑、引發(fā)劑、反應溫度和壓力導致PVDF產(chǎn)品性能不一，外資企業(yè)在此方面具有深厚的專利積累，國內(nèi)鋰電級PVDF生產(chǎn)企業(yè)在市場競爭上處于弱勢。

二、光伏領域

光伏領域應用的含氟新材料主要是PVDF、PVF、ETFE、THV等。

發(fā)展太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)是我國實現(xiàn)“碳中和，碳達峰”的重要戰(zhàn)略途徑。我國的太陽能資源儲備豐富，是風能的3倍，是水能的30倍，但目前已開發(fā)程度不足2%，市場發(fā)展空間廣闊；同時經(jīng)過多年的技術發(fā)展，光伏發(fā)電項目的成本持續(xù)下降，因此光伏電池產(chǎn)業(yè)具備很好的發(fā)展前景。

太陽能電池產(chǎn)品使用年限一般按照25年以上設計，要確保產(chǎn)品達到如此長的使用期限，就需要嚴格控制各組件質(zhì)量，太陽能電池背板是應用在光伏組件上的關鍵封裝材料之一，是保證組件系統(tǒng)光電轉換率衰減的關鍵，起著水阻隔、空氣阻隔和電氣阻隔等保護光伏組件中的電池片的作用。太陽能電池組件封裝材料主要包括玻璃、熱熔膠膠膜、邊框、背膜、接線盒、硅膠等，而背膜作為直接與外環(huán)境大面積接觸的光伏封裝材料，其應具備卓越的耐長期老化(濕熱、干熱、紫外)、耐電氣絕緣、水蒸氣阻隔等性能。

太陽電池背膜主要分為含氟背膜與不含氟背膜兩大類，其中含氟背膜又分雙面含氟 (如TPT)與單面含氟(如TPE)兩種，其中T是指美國杜邦公司的Tedlar(聚氟乙烯，PVF)；P指雙向拉伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯，即PET薄膜；E指乙烯一醋酸乙烯樹脂 EVA。

不含氟的背膜則多通過膠粘劑將多層PET膠粘復合而成，不含氟背膜從材料本身特性上就無法滿足商用晶硅太陽電池組件25年的濕熱、干熱、紫外等環(huán)境考驗與使用要求，很難適合用于晶硅太陽電池組件的封裝。

含氟背膜表面的氟材料由于氟元素電負性大，范德華半徑小，碳氟鍵鍵能極強(高達 485kJ/mol)，且其獨特的氟化鏈整體結構中的螺旋形棒狀分子緊密、剛硬、表面平滑 ，使得氟樹脂的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學藥品性等各項性能均十分優(yōu)越，氟樹脂的優(yōu)異特性也使得含氟材料(氟膜或氟碳涂料)具有優(yōu)異的耐候性能。

目前，太陽電池背膜材料主要包括聚氟乙烯(PVF)薄膜、聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、四氟乙烯一六氟丙烯一偏氟乙烯共聚物(THV)薄膜、三氟氯乙烯一乙烯共聚物(ECTFE)等。

PVF薄膜加工非常麻煩，在加工中需要加入較大偶極矩的試劑作為潛溶劑。所謂潛溶劑指在室溫下對PVF沒有任何溶解能力，但100℃以上可以部分溶解PVF的試劑。在制造PVF薄膜時將含潛溶劑的PVF擠出到不銹鋼板上，然后揮發(fā)掉溶劑得到PVF薄膜。由于PVF薄膜制造工藝的特殊性，其薄膜表面有較多的針孔，PVF薄膜是上述四種含氟塑料薄膜中水汽阻隔能力最差的。由于PVF薄膜針孔的存在和材料本身含氟量最小，所以PVF薄膜需要較厚的厚度來保證其性能。但是PVF是所有氟材料中成本最低的，考慮太陽能電池將來的大規(guī)模使用，其仍是一種非常合適的材料。

PVDF作為太陽能電池背板耐候材料，具備優(yōu)異的耐紫外性、耐化學腐蝕性、耐磨性、耐候性、耐高低溫、抗老化等性能，由于含氟量高，其耐候性、阻隔性以及加工適應性都優(yōu)于其他材料，用波長為20～400nm的紫外燈照射1年，其性能基本不變，PVDF的導熱性差，熔體粘度較高，且能流涎成性能較好的薄膜，在室溫下不受酸、堿等強氧化劑和鹵素腐蝕，只有發(fā)煙硫酸、強堿和二甲基乙酰胺等少數(shù)化學品能將其溶脹或部分溶解。PVDF膜的厚度直接影響其耐候性，因此維持和提高PVDF膜的厚度是保證太陽能電池組件長期使用的有力保障，但國產(chǎn)的PVDF在強度、硬度及穩(wěn)定性方面存在問題，致使應用廠家大部分還是用進口的材料。

相比PVF，PVDF的含氟量顯著高于PVF，因此PVDF具備更強的抗紫外線能力以及耐化學性；另外，PVDF的致密性好于PVF，具備更強的抗風沙能力，更加適合惡劣的戶外環(huán)境；其次，PVDF具有更好的阻燃能力，可顯著降低火災發(fā)生的概率。PVDF無論從世界范圍內(nèi)的供應量、加工適應性還是耐候性、阻隔性面言，其都是最合適的太陽能電池背板耐候材料，同樣厚度的PVDF薄膜的透濕性大約只有PVF薄膜的十分之一。

THV是美國Dvneon公司在20世紀80年代開發(fā)，目前也只有其生產(chǎn)，THV是四氟乙烯一六氟丙烯一偏氟乙烯共聚物，也是目前商品化氟塑料中最柔軟的，在與其他材料復合時，有突出的柔韌性；而且THV具有極好的光透明性和低折射率，允許從紫外線到紅外線所有頻率光的穿透；此外THV本身就容易粘接，可以不經(jīng)過表面處理就和其他材料粘接成多層結構，這對生產(chǎn)背板的復合工藝和用硅膠粘貼接線盒而言都十分重要。綜合而論，在一些對背板要求柔軟的場合，THV的背板比任何其它材料都更合適。

ECTFE是乙烯和三氟氯乙烯1:1的交替共聚物，耐化學腐蝕，沒有一種溶劑能在120℃以下浸蝕 ECTFE或使其應力開裂，高耐候性和阻隔性使ECTFE比其他氟塑料適合作為背板的耐候?qū)硬牧稀?/span>

三、氫能領域

在氫能領域應用的含氟新材料主要是全氟磺酸質(zhì)子交換膜。

氫燃料電池是一種將氫和氧的化學能通過電極反應直接轉化成電能的電化學系統(tǒng)，發(fā)電時不產(chǎn)生污染，發(fā)電單元模塊化，可靠性高，組裝和維修都很方便，工作時也沒有噪音，是一種清潔、高效的綠色環(huán)保電源。

質(zhì)子交換膜作為氫燃料電池的核心部件，直接影響電池的使用壽命。與氫氣和氧氣進行非燃燒氧化還原反應，通過催化劑實現(xiàn)電子和離子的分離。氫離子可以直接穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，而電子只能通過外電路到達陰極。當電子通過外電路流向陰極時，可以產(chǎn)生直流電。

質(zhì)子交換膜是有機氟化工企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中高管理技術研究難度、高附加值環(huán)節(jié)，其核心信息壁壘問題在于原料全氟磺酸樹脂的合成。

全氟磺酸樹脂(Nafion-H)通常將全氟乙烯基醚單體與磺酸基團與四氟乙烯共聚。由于 Nafion-H 分子中引入了電負性最強的氟原子，與液體超強酸相比，分離容易，可重復使用，作為催化劑腐蝕性小，污染小，選擇性好，易于應用于工業(yè)生產(chǎn)。Nafion-h 最初由杜邦公司于1970年代開發(fā)，并加工成全氟辛烷磺酸質(zhì)子交換膜，用于現(xiàn)代氯堿工業(yè)和燃料電池。全氟磺酸樹脂是目前已知最強的固體超強酸，具有良好的耐熱性、化學穩(wěn)定性和較高的機械強度。

全氟磺酸質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池研發(fā)中應用最廣泛的質(zhì)子交換膜，具有優(yōu)異的導電性等一系列優(yōu)點。雖然價格高，但其綜合性能是其他膜材料無法比擬的。

然而，由于全氟磺酸樹脂生產(chǎn)困難，國內(nèi)能夠生產(chǎn)全氟磺酸樹脂的企業(yè)很少，這也是阻礙我國國內(nèi)生產(chǎn)全氟磺酸樹脂的主要質(zhì)子交換膜。未來，隨著全氟磺酸樹脂技術的逐步突破，國內(nèi)生產(chǎn)全氟磺酸質(zhì)子交換膜的進程有望加快！