Композиционные полимерные электролиты на основе литиевых солей: растворимость и электропроводность

Konstantin Druzhinin

doi:10.15328/chemb_2014_33-11

Konstantin Druzhinin ФГБУН Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург

DOI: https://doi.org/10.15328/chemb_2014_33-11

Ключевые слова: литий-ионная проводимость, композиционные электролиты, полимерные материалы

Аннотация

Работа посвящена изучению свойств композиционных полимерных литий-проводящих плёнок, представляющих собой твёрдополимерные электролиты, наполненные взвесью частиц собственной соли-ионогена. Изучены пределы растворимости различных литиевых солей (перхлората, гексафторфосфата, фторида и бромида) в высокомолекулярном растворителе – фторопласте-62. Обнаружено, что изготовление плёнок методом полива из совместного раствора с концентрацией соли выше предела её растворимости в полимере ведёт не к желаемому статистическому распределению соли-ионогена, а к высаживанию её в виде отдельных кристаллов микронного размера. Методами измерения сопротивления постоянному току, прерывания постоянного тока и импеданс-спектроскопии исследованы транспортные характеристики композитов. Показано, что ионный транспорт в таких материалах проходит по обеим фазам, в зависимости от их соотношения. Обнаружено отрицательное влияние повышения содержания проводящего наполнителя на электропроводность композиционного электролита в целом. В довольно широком концентрационном диапазоне значения электропроводности композитов ниже значений электропроводности индивидуальных фаз. На основе анализа имеющихся данных показано, что причины такого поведения скорее всего связаны с формированием достаточно крупных частиц с низкой площадью поверхности раздела, не создающих каналов проводящих границ раздела сквозь аморфный материал.

Биография автора

Konstantin Druzhinin, ФГБУН Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, г. Екатеринбург

н.с. Лаборатории химических источников тока, к.х.н.

Литература

1 Kerr JB (2009) Polymeric electrolytes: An overview. In: Lithium batteries: Science and technology. Springer, New York. http://dx.doi.org/10.1007/978-0-387-92675-9_19

2 Dias FB, Plomp L, Veldhuiz JBJ (2000) J Power Sources 88:169-191. http://dx.doi.org/10.1016/S0378-7753(99)00529-7

3 Uvarov NF (2008) Solid composite electrolytes [Kompozitsionnye tverdye elektrolity]. Novosibirsk, Russia. ISBN: 9785769210167.

4 Fan LZ, Wang XL, Long F, Wang X (2008) Solid State Ionics 179: 1772-1775. http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2008.01.035

5 Stephan AM, Nahm KS (2006) Polymer 47:5952-5964. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2006.05.069

6 Vasilyev AV, Grinenko EV, Schukin AO, Fedulina TG (2007) Infrared spectroscopy of organic and natural compounds [Infrakrasnaya spectroskopiya organicheskih i prirodnyh soedineniy]. SPSAFE, Saint Petersburg, Russia.

7 Ivanov-Shits AK, Murin IV (2000) Solid State Ionics [Ionika tverdogo tela], Volume 1. SPSU Publishing, Saint Petersburg, Russia. ISBN 5288027455

8 Andreev OL, Druzhinin KV, Batalov NN, Antonov BD (2010) Russian J Appl chem+ 83:339-343. http://dx.doi.org/10.1134/S1070427210020291

9 Yahya MZA, Arof AK (2002) Eur Polym J 38:1191–1197. http://dx.doi.org/10.1016/S0014-3057(02)00355-5

10 Gurevich YY, Harkats YI (1982) Progress in Physics [Uspekhi fisicheskih nauk] 136:693-728.

11 Andreev OL, Raskovalov AA, Antonov BD, Zhuravlyov NA, Denisova TA (2012) Solid State Ionics 220:12-17. http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2012.05.032

12 Andreev OL, Druzhinin KV, Shevelin PYu, Batalov NN (2013) Ionics 19:33-39. http://dx.doi.org/10.1007/s11581-012-0706-z