低浓度碳纳米粒子协同增强聚乙烯醇纳米复合材料的介电与导电性能：面向高性能固态电池电解质的研究

本综述系统探讨了低浓度碳纳米粒子（CNPs）对聚乙烯醇（PVA）基纳米复合材料在介电性能和导电特性方面的协同增强机制。研究通过结构表征（XRD/SEM）和电学测试（Nyquist图/CBH传导模型）表明，适量CNPs（0.125–0.5 wt%）可优化离子传输路径并维持绝缘性，为固态电池（SSBs）电解质设计提供新策略。

　　

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样品制备

采用高纯度PVA（ALPHA CHEMIKA）和粒径低于100 nm的碳纳米粒子（CNPs，Elektrokarbon），通过溶液浇铸法制备了五组CNP浓度分别为0、0.125、0.25、0.5和1 wt%的PVA/CNP纳米复合材料。制备过程始于将250 mL蒸馏水置于带加热功能的磁力搅拌器烧杯中。

X射线衍射（XRD）

使用3 kW Rigaku Smart Lab X射线衍射仪（日本）配合Cu Kα辐射（λ = 1.5418 ?）在40 kV和30 mA条件下进行分析。如图2所示，纯PVA薄膜的XRD图谱在2θ = 44.5°处显示宽特征峰，符合PVA的半结晶结构。而PVA/CNP纳米复合材料的XRD曲线在2θ = 26°处出现明显峰值，对应CNPs的晶面排列。

电阻抗

电阻抗是材料抵抗交流电（AC）流动的度量，为包含电阻（实部）和电抗（虚部）的复数量。复阻抗函数可表示为：

Z(ω) = Z′(ω) + iZ″(ω)

其中Z′为阻抗实部，Z″为阻抗虚部。Z′和Z″可表述为：

Z′(ω) = R / (1 + ω2τ2)

Z″(ω) = -Rωτ / (1 + ω2τ2)

其中R为体电阻，i = √(-1)，ω为角频率，τ为弛豫时间。

结论

本研究展示了将低浓度碳纳米粒子（CNPs）掺入PVA基质以开发具有增强介电性能和可调导电性的固态电池（SSB）电解质的潜力。结构、形貌和电学分析表明，优化CNP负载量（特别是在0.125–0.5 wt%范围内）可促进偶极极化、改善电荷传输并降低阻抗，同时保持高电阻率。在1 wt%浓度下…