Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Химические науки
Физическая химия

Диссертационная работа:

Хатмуллина, Кюнсылу Гумеровна. Новые полимерные электролиты и катодные материалы на их основе для литий-полимерных источников тока : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04 / Хатмуллина Кюнсылу Гумеровна; [Место защиты: Ин-т проблем хим. физики РАН].- Черноголовка, 2010.- 145 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-2/608

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы

Литиевые аккумуляторы с жидкими неводными растворами электролитов имеют высокую удельную энергию, но невысокий ресурс (100 циклов) из-за пассивации лития и образования дендритов. В качестве альтернативы был создан литий-ионный аккумулятор с анодом из углеродного материала, который может интеркалировать-деинтеркалировать ионы лития. Наличие углерода снижает емкость и напряжение аккумулятора, кроме того, в них существуют такие же проблемы пассивации анода, как и в литиевых аккумуляторах. В первом цикле заряда часть электролита расходуется на образование анодной пленки, и выделяются газы, которые могут привести к разгерметизации аккумулятора. Поэтому литий-ионный аккумулятор с углеродным анодом и жидким электролитом может быть промежуточным этапом создания нового поколения вторичных источников тока. Более перспективны аккумуляторы с полимерными электролитами (ПЭ), которые лишены указанных недостатков, поскольку ПЭ не имеют летучего компонента и не реагируют с материалами электродов.

Разработка твердых полимерных электролитов (ТПЭ) и полимерных гель-электролитов (ПГЭ) включает синтез полимерных матриц, которые обеспечивают высокую ионную проводимость в сочетании с хорошими физико-механическими свойствами. При этом основное внимание уделяется безопасности эксплуатации, полимерных электролитов при повышенных температурах (до 100С), что является необходимым условием для использования их в аккумуляторах для электромобилей.

Цель работы заключалась:

  1. в разработке способов синтеза новых твердых полимерных электролитов сетчатой структуры на основе полиэфирдиакрилатов с высокой ионной проводимостью порядка 10'3 + 10"4 Ом^см"1 при комнатной температуре и стабильных до 100С для литий-полимерных источников тока;

  2. в испытании полученных полимерных электролитов в качестве связующего для катодной массы с целью улучшения совместимости границы катод/электролит.

Основные задачи состояли в следующем:

синтезировать новые твердые полимерные электролиты на основе полиэфирдиакрилатов и соли LiC104; изучить влияние добавок полиэтиленгликоля и его уретан-акрилата, этиленкарбоната и нанопорошков ТіОг на проводимость ПЭ;

изучить влияние состава полимерного электролита на его физико-химические свойства с целью получения стабильных до 100С систем с высокой проводимостью порядка 10"3 * 10"4 Ом"'см'';

обосновать оптимальную концентрацию соли LiC104 в ПЭ;

разработать способы получения CFX - катодов со связующим на основе полиэфирдиакрилатов и изучить влияние полиэфирдиакрилатов на разрядные характеристики катода.

Научная новизна работы

Вследствие низкой ионной проводимости твердых полимерных электролитов на основе полиэфирдиакрилатов (10'7 -=- 10"8 Ом''см"' при комнатной температуре) предложена модификация их составов этиленкарбонатом, что позволило увеличить проводимость до 10"3 * 10"4 Ом"'см"1 при 20С. Данные электролиты устойчиво работают до 100СС, сохраняя при этом стабильность системы.

Впервые синтезированы катодные материалы на основе CFX с введением в качестве связующего полимерного электролита на основе полиэфирдиакрилата, что позволило увеличить количество электричества при разряде данного катода в 2.3 раза.

Практическая значимость

Синтезированы и исследованы новые полимерные электролиты сетчатой структуры на основе полиэфирдиакрилатов, имеющие высокую объемную проводимость по ионам Li+ порядка 10"3 -ь 10'4 Ом^см'1 при 20С, стабильных до 100С, что делает их перспективными для использования в Li-полимерных аккумуляторах для электромобилей.

Показана хорошая совместимость полученных полимерных электролитов с металлическим литием, а также возможность использования данных полимерных электролитов в качестве связующих для CFx-катода. Проведены испытания прототипа первичного источника тока Li/n3/CFx, которые показали перспективность использования полиэфирдиакрилатов на основе продуктов анионной полимеризации 2-гидроксиэтилакрилата (ГЭА) как в качестве матрицы полимерного электролита, так и в качестве связующего катода.

Апробация работы

Основные результаты работы были представлены в качестве устных и стендовых докладов на XXV Всероссийской школе-симпозиуме молодых ученых по химической кинетике (Московская обл., п/т "Юность", 2007г.), XVIII Менделеевском съезде (г. Москва, 2007г.), IX и X Международных совещаниях "Фундаментальные проблемы ионики твердого тела" (г.Черноголовка, 2008г., 2010г.), X Международной конференции "Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах" (г. Саратов, 2008г.), Фестивале студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодая наука в классическом университете" (г. Иваново, 2008г., 2009г.), Первой школе-семинаре молодых ученых "Органические и гибридные наноматериалы" (г. Иваново, 2008г.), XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (г. Москва, 2009г.), XVI Всероссийской конференции "Структура и динамика молекулярных систем" (г. Йошкар-Ола, п/т "Яльчик",

2009 г.), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых ученых "Структура и динамика молекулярных систем" (г. Казань, 2009г.), 52 научной конференции МФТИ "Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук" (г. Долгопрудный, 2009г.), 10th International Conference "Advanced batteries, accumulators and fuel cells" (r. Брно, Чешская Республика, 2009г.), II Международной научно-технической конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (г. Плёс Ивановской обл., 2010г.), V Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры - 2010» (г. Москва, 2010г.).

Личный вклад автора

В работе представлены результаты исследований, полученные автором в Институте проблем химической физики РАН.

Синтез полимерных электролитов и их исследования с помощью спектроскопии электрохимического импеданса проведены лично автором под руководством к.х.н. Ярмоленко О.В. Автором были разработаны методики получения макетов химических источников тока и проведены их испытания. Автор непосредственно участвовал в постановке и проведении всех электрохимических экспериментов, их обсуждении и формулировании выводов.

Исследования методами ИК-спектроскопии, термоанализа и сканирующей электронной микроскопии выполнены в аналитическом центре коллективного пользования ИПХФ РАН при участии самого автора, при этом автор производил подготовку образцов к измерениям и самостоятельно обрабатывал результаты.

Публикации

По материалам диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура работы


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net