Свойства протон-проводящих гелевых электролитов, полученных на основе полимеров, допированных растворами кислот в апротонных растворителях

• Автор: Нгуен Ван Тхык
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
I. Введение
II. Литературный обзор
II. 1. Протон-проводящие полимерные электролиты для
электрохимических устройств
11.2. Механизмы переноса протона в конденсированных средах
11.3. Электропроводность растворов кислот
П.4. Изучение электропроводности полимерных гелевых
электролитов
11.4.1. Зависимость проводимости от свойств растворителя
П.4.2. Влияние полимерной матрицы на проводимость
II.4.3. Зависимость проводимости от свойств и концентрации
кислоты
11.5. Методы исследования структуры и свойств полимерных 35 гелевых электролитов
11.5.1. Изучение проводимости гелевых электролитов методом 35 импедансной спектроскопии
11.5.2. Термический анализ гелевых электролитов
11.5.3. Изучение структуры гелевых электролитовметодом ИК- 45 спектроскопии
11.6. Свойства полимеров, растворителей и кислот, использованных 50 в работе
II.6.1. Характеристики используемых полимеров
И.6.2. Характеристики используемых растворителей
11.6.3. Характеристики используемых кислот
III. Экспериментальная часть
III. 1. Характеристика используемых реактивов
111.2. Синтез полиметилметакрилата
111.3. Оценка среднемассовой и среднечисловой молекулярных 68 масс полимеров
Ш.4. Получение протон-проводящих гелевых электролитов
III.5. Методы исследования
IV. Обсуждение результатов
IV. 1. Изучение термической стабильности протон-проводящих 75 гелевых электролитов
ГС2. Электропроводность и вязкость протон-проводящих гелевых 81 электролитов
Г/.2.1. Зависимость электропроводности гелевых
электролитов на основе РММА от свойств кислоты
IV.2.2. Зависимость электропроводности от свойств
растворителя и содержания воды ГУ.2.3. Влияние полимерной матрицы на проводимость
ГУ.2.4. Энергия активации электропроводности и вязкого
течения протон-проводящих гелевых электролитов ГУ.З. Межмолекулярные взаимодействия между компонентами
гелевых электролитов
V. Основные выводы
Список условных обозначений
VI. Список цитируемой литературы
VII. Приложение

Введение
Актуальность работы. Полимерные гели являются альтернативой твердых электролитов. В гелях достигается электропроводность порядка 1-10'"' Ом’1 см’1 при комнатной температуре, что достаточно для их практического использования в электрохимических устройствах различного типа. Несмотря на большое количество уже созданных полимерных протонных проводников, поиск новых электролитов и модификация свойств известных материалов с целью улучшения их транспортных характеристик остается актуальной задачей. Работы по исследованию протон-проводящих гелевых электролитов на основе полиметилметакрилата и других доступных полимеров, допированных растворами неорганических и органических кислот в апротонных растворителях, достаточно широко представлены в литературе. Однако до настоящего времени нет однозначного понимания о закономерностях влияния их состава на процесс переноса протона в силу специфичности механизма данного явления. Кроме того, до сих пор не существует теоретических подходов, позволяющих предсказывать зависимость протонной проводимости от состава. Основными инструментами в изучении механизма переноса протона являются экспериментальные исследования и расчетные методы в сочетании с модельными подходами.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук «Структура и динамика молекулярных и ион-молекулярных смесей» (номер госрегистрации 01.2.00 1 02458). Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований («Взаимосвязь проводимости протон-проводящих полимерных гелевых электролитов с их структурой», грант № 11-03-00311).
Цель работы. Целью работы явилось изучение влияния природы кислоты, растворителя, полимера и их концентрации на электропроводность и характеристики межмолекулярного взаимодействия в протон-проводящих гелевых электролитах.
Продолжение таблицы ІІ.4.3.1.
Полимер Растворитель Кислота к, Ом'1-см'1 ЛИТ.
РММА ПК, ЭК, ДМФА, Ф, МФ салициловая кислота ~ ю'Мсг4 [36]
РММА ПК/ЭК/ДМФА орто-, мета-, пара-гидроксибензойные кислоты, Н2С204, С3Н4О4, С4Н604 ~ Ю'Мо'4 [97]
РММА, РМР ЭК/ПК/ДМАА орто-, мета-, пара-гидроксибензойные, нитробензойные кислоты. с4н6о4 ~ 10" [75]
РММА ДМАА салициловая кислота -кг4 [76]
руас РУсіІ-НБР ЭК/ПК/ДМАА орто-, мета-, пара-гидроксибензойные кислоты < 0 0-1 1 О [96]
Анализ литературных данных, приведенных в таблице И.4.3.1, показал, что для большинства гелей удельная электропроводность лежит в пределах от 10° до 10° Ом^см"1. Несмотря на большое число экспериментальных данных по электропроводности гелевых электролитов, достаточно сложно их
систематизировать и провести сопоставление результатов, поскольку они относятся к различным условиям выполнения эксперимента.
II. 5. Методы исследования структуры и свойств полимерных гелевых электролитов
В настоящее время разработаны и научно обоснованы подходы, позволяющие получать информацию как о свойствах изучаемых систем, так и о механизме процессов, протекающих в них.
II. 5.1. Изучение проводимости гелевых электролитов методом импедансной спектроскопии
Сущность метода импедансной спектроскопии (ИС) состоит в подаче возмущающего синусоидального сигнала малой амплитуды на исследуемую систему и изучении вызванного им сигнала-отклика на выходе [124]. Если в