Транспортные свойства композиционных электролитов на основе твердых литий-ионных проводников и термостойких полимеров

• Автор: Дружинин, Константин Владеленович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление.
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Ионная проводимость в твердых электролитах

1.2. Аморфные твердые электролиты стекла

1.3. Полимерные материалы и твердые полимерные электролиты

1.4. Композиционные электролиты

1.6. Полимерные композиционные электролиты Глава 2. Экспериментальные методы исследования

2.1. Методики изготовления неорганических наполнителей

2.1.1. Методика синтеза цирконата лития

2.1.2. Методика синтеза нитрида лития

2.1.3. Методики синтеза 1л.зТ1.7А1о.зРО,1з.
2.2. Методики изготовления композиционных пленок
2.2.1. Изготовление пленок введением порошка неорганической фазы в раствор полимера
2.2.2. Изготовление пленок методом кристаллизации соли в полимерной матрице
2.3. Методики исследования морфологии и фазового состава КПЭ
2.3.1. Рентгенофазовый анализ
2.3.2. Инфракрасная спектроскопия
2.3.3. Оптическая микроскопия
2.3.4. Сканирующая элекгронная микроскопия
2.4. Определение механической прочности на разрыв
2.5. Измерения критических температур полимера
2.5.1. Определение температуры стеклования методом ДСК
2.5.2. Определение температуры релаксационного перехода методом диэлектрической релаксации
2.6. Методики исследования транспортных свойств
2.6.1. Методика исследования общей проводимости
2.6.2. Метод прерывания постоянного тока
2.6.3. Определение порога перколяции
Глава 3. Композиционные полимерные электролиты на основе галогенидов лития
3.1. Система ИВДФГФП Ь Г
3.2. Система ПВДФ лВг
3.3. Система ПВДФГФП ЬС
3.4. Системы ВДФГФП ЬР и ПВДФ
Глава 4. Композиционные полимерные электролиты с наполнителями, инертными к органическим компонентам
4.1. Изготовление пленок и идентификация их состава
4.2. Механические свойства композиционных полимерных электролитов
4.3. Критические температуры для композиционных полимерных электролитов
4.4. Транспортные свойства композиционных полимерных электролитов
Глава 5. Влияние размера частиц наполнителя на морфологию и транспортные свойства композиционных полимерных электролитов
Глава 6. Поверхностная проводимость в композиционных электролитах И
Выводы
Литература


Впервые определено влияние морфологии композиционных полимерных материалов на их транспортные характеристики. Впервые показано наличие поверхностной проводимости в композиционных полимерных электролитах. На основе обобщения полученных данных сформулированы общие закономерности формирования транспортных свойств и предложена модель переноса ионов1л в композиционных полимерных электролитах на основе инертной полимерной матрицы. Разработана методика получения композиционных полимерных электролитов путем выращивания неорганических кристаллов в матрице полимера в процессе литья из совместного раствора твердого электролита и полимера. Найдены условия изготовления пленок композиционных электролитов с механическими свойствами, удовлетворяющими требованиям для ЛХИТ. Выявлены факторы, обеспечивающие повышение транспортных характеристик КПЭ. Получены электролиты, которые могут быть использованы для разработки среднетемпературных источников тока, работающих в интервале 0 0 СС. Результаты исследования морфологии и фазового состава композиционных полимерных электролитов с наполнителями ЬзА1оПР0. ЬЫ, ЬП, ПВг, 1ЛС1, Ъ и полимерными матрицами ПВДФ и ПВДФГФП при варьировании способа получения пленок и объемной концентрации фазыиаполнитсля от 3 до . Результаты исследования транспортных свойств композиционных полимерных электролитов указанных составов в температурном интервале 0 С. Результаты исследования транспортных свойств пленок композиционных полимерных электролитов с наполнителем ЬзАПиСРСДЬ при варьировании размера частиц в температурном интервале 0 С. Результаты исследования поведения литиевых солей галогенидного ряда при изготовлении композиционных электролитов методом полива из совместного раствора полимера и соли. Основные результаты работы были представлены в качестве устных и стендовых докладов на конференции Химия твердого тела и функциональные материалы Екатеринбург, г, 7м семинаре СО РАН УрО РАН Термодинамика и материаловедение Новосибирск, г, XI международной конференции Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах Новочеркасск ЮРГТУ ИЛИ, г. По материалам диссертации опубликованы 5 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Получение образцов, подготовка и проведение большинства экспериментов выполнены лично автором. Измерения механических свойств КЭ выполнены автором на кафедре физикохимии ВМС. УрГУ им. Горького. Обработка и интерпретация полученных результатов выполнены автором при участии к. Андреева О. Л. Автору принадлежит обобщение полученных результатов, выявление закономерностей и формулировка основных выводов. Диссертация состоит из введения, литературного обзора глава 1, экспериментальных методик глава 2. Работа изложена на 7 страницах машинописного текста и включает рисунков и 9 таблиц. Глава 1. Ионнаи проводимость в твердых электролитах. Ионная проводимость это явление переноса заряда в твердом веществе посредством миграции ионов. Носителями заряда могут быть как катионы, так и анионы разных сортов. Представления об ионной проводимости в твердых телах основаны на теории точечных дефектов в структуре кристаллов. Данная теория развита в работах Френкеля и Шоттки, каждый из которых предложил свое трактование собственной дефектной структуры кристалла. По Френкелю 1 дефекты образуются в результате смещения атомов со своих позиций в междоузлия решетки твердого тела и на освободившихся позициях появляются междоузельные ионы и вакансии. Согласно Шоттки 2 дефекты представляют собой вакансии, образующиеся в результате выхода части ионов на поверхность кристалла. В данном случае, для сохранения электронейтральности структуры принято считать, что на поверхность выходят как анионы, так и катионы, причем в равных количествах, а вакансии разделяют на катионные и анионные. Ионный транспорт в таком рассмотрении обусловлен миграцией дефектов в объеме кристалла. Поскольку концентрация дефектов зависит от температуры экспоненциально и температурная зависимость подвижности также носит Аррениусовский характер, то из уравнения 1. ТехрЕЛТ, 1.