Новые полимерные электролиты и катодные материалы на их основе для литий-полимерных источников тока

• Автор: Хатмуллина, Кюнсылу Гумеровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращенных терминов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Основные задачи работы

Научная новизна работы

Практическая значимость

Апробация работы

Публикации

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1. Твердые полимерные электролиты

1.2. Полимерные гельэлектролиты
1.3. Композитные полимерные электролиты
1.4. Полимерные матрицы в качестве связующего для катодных материалов в литиевых и литийионных источниках тока
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть
2.1. Компоненты полимерных электролитов и электродов
2.2. Оборудование
2.3. Методики синтеза полимерных электролитов
2.3.1. Подготовка реактора для синтеза полимерных электролитов 2.3.2. Синтез твердого полимерного электролита на основе
полиэфирдиакрилата, диакрилата полиэтиленгликоля, прПЭГ и ПЭГ 2.3.3. Синтез твердых полимерных электролитов на основе ПЭДА
2.3.3.1. Синтез полимерного гельэлектролита на основе ПЭДА и 1М 1лСЮ4 ЫВЕ раствора в гаммабутиролактоне
2.3.3.2. Синтез твердых полимерных электролитов на основе ПЭДА, ЛСЮ4 и этиленкарбоната
2.4. Методика синтеза катодов
2.4.1. Катоды на основе СРХ
2.4.1.1. Методика приготовления СРХ катода с ПВДФ
2.4.1.2. Методика приготовления СБХ катода с полимерным электролитом
2.5. Метод спектроскопии электрохимического импеданса
2.5.1. Методика сборки электрохимических ячеек с электродами из нержавеющей стали
2.6. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии
2.7. Метод термического анализа с квадрупольным массспектрометром
2.8. Метод вольтамперометрии. Гальваностатический режим
2.8.1. Методика сборки электрохимических ячеек
2.9. Метод ИКспектроскопии
ГЛАВА 3. Новые твердые полимерные электролиты на основе полиэфирдиакрилата дли литиевых источников тока
3.1. Новые ТПЭ на основе ПЭДА, ПЭГ, прПЭГ и соли ЫСЮ
3.2. ТПЭ на основе ПЭДА, ДАкПЭГ и ЬСЮ
3.2.1.Оптимизация концентрации 1ЛСЮ4 в ТПЭ на основе ДАкПЭГ
3.2.2. ТПЭ на основе ПЭДА и ДАкПЭГ с введением мас. ЬС
3.2.3. Нанокомпозитньте полимерные электролиты состава ПЭДАДАкПЭГ1лС4 с добавкой ТЮ
Г ЛАВА 4. Сетчатые полимерные электролиты на основе полиэфирдиакрилата, этиленкарбоната и ЛСО
4.1. Физикохимические свойства электролитов ПЭДА1лСЮ4ЭК
4.2. Исследование устойчивости электролитной системы ПЭДА
иС4ЭК при нагреве до 0С
4.3. Исследование границы иэлектролит ПЭДА1лС4ЭК
ГЛАВА 5. ПЭДА в качестве связующего для СЕХ катода
5.1. Разработка методики получения СРхкатода со связующим на
основе ПЭДА
5.2. Испытания макетов иполимерный электролитСРх
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Работа проводилась при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований 7, 0, 2 и Программы Отделения химии и наук о материалах 8 Разработка научных основ новых химических технологий с получением опытных партий веществ и материалов. Проект Синтез полимерных гельэлектролитов для литиевых источников тока на гг. Автор являлся лауреатом стипендии Президента республики Башкортостан М. Г. Рахимова на и учебные годы. Цель работы заключалась в разработке способов синтеза новых твердых полимерных электролитов сетчатой структуры на основе полиэфирдиакрилатов с высокой ионной проводимостью порядка г Ом см при комнатной температуре и стабильных до 0С для литийполимерных источников тока. Испытание полученных полимерных электролитов в качестве связующего для катодной массы с целью улучшения совместимости границы катодэлектролит. СРХ катодов со связующим на основе полиэфирдиакрилатов и изучить влияние полиэфирдиакрилатов на разрядные характеристики катода. Вследствие низкой ионной проводимости известных твердых
полимерных электролитов 4 Ом см при комнатной температуре была предложена модификация их составов этиленкарбонатом, что позволило увеличить проводимость до 3 г Ом см1 при С. Данные электролиты устойчиво работают до 0С, сохраняя при этом стабильность системы. Впервые синтезированы катодные материалы на основе СБХ с введением в качестве связующего полимерного электролита на основе полиэфирдиакрилатов, что позволило увеличить количество электричества при разряде данного катода в 2. Синтезированы и исследованы новые полимерные электролиты сетчатой структуры на основе полиэфирдиакрилатов, имеющие высокую объемную проводимость по ионам 1л порядка г 1 Омсм1 при С, стабильных до 0С, что делает их перспективными для использования в Ыполимерных аккумуляторах для электромобилей. Показана хорошая совместимость полученных полимерных электролитов с металлическим литием, а также возможность использования данных полимерных электролитов в качестве связующих для СРхкатода. Проведены испытания прототипа первичного источника тока 1лПЭСРх, которые показали перспективность использования полиэфирдиакрилатов на основе продуктов анионной полимеризации 2гидроксиэтилакрилата как в качестве матрицы полимерного электролита, так и в качестве связующего катода. Основные результаты работы были представлены в качестве устных и стендовых докладов на XXV Всероссийской школесимпозиуме молодых ученых по химической кинетике Московская обл. Юность, г. XVIII Менделеевском съезде г. Москва, г. IX и X Международных совещаниях Фундаментальные проблемы ионики твердого тела г. Черноголовка, г. X Международной конференции Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах г. Саратов, г. Фестивале студентов, аспирантов и молодых ученых Молодая наука в классическом университете г. Иваново, г. Первой школесеминаре молодых ученых Органические и гибридные наноматериалы г. Иваново, г. XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов г. Москва, г. XVI Всероссийской конференции Структура и динамика молекулярных систем г. Йошкар Ола, пт Яльчик, г. Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых ученых Структура и динамика молекулярных систем г. Казань, г. МФТИ Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук г. Долгопрудный, г. Ii v i, г. Брно, Чешская Республика, г. II международной научнотехнической конференции Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии г. Плс Ивановской обл. V Всероссийской Каргинской конференции Полимеры г. Москва, г. Публикации. По материалам диссертации опубликовано печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК. Твердые полимерные электролиты ТПЭ используются в различных электрохимических устройствах 1. Одной из многообещающих областей применения являются твердотельные литиевые, а также литийионные аккумуляторы рис. Благодаря этой замене расширяется область рабочих температур, что наиболее актуально для применения в гибридных электромобилях 2, в которых в настоящее время используются жидкие электролиты с рабочей температурой до С. ЛхСо УхСб
Рис.