Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
Технология хранении энергии за последнее время стала одной из основных тем обсуждения и исследований ученых. В 1991 году Японская фирма «Сони» начала производство первых литий-ионных аккумуляторов[1]. Позжелитий-ионные батареи получили широкое распространение в различных областях быта. Сейчас они широко используются в портативных электронных устройствах, таких как смартфоны, часы, ноутбуки, применяются для питания кардиостимуляторов и кохлеарных имплантатов, применяются при производстве электромобилей и беспилотных летательных аппаратов[2].
В настоящее время наиболее распространённый электролит в литиевых батареях состоит из раствора гексафторфосфата лития в смеси эфиров угольной кислоты. Этот жидкий электролит не лишен недостатков. Прежде всего, это возможность утечки, токсичность, а также склонность к воспламенению в случае теплового разгона или короткого замыкания. Поэтому полимерные электролиты, для которых утечка не свойственна, привлекают внимание исследователей. Существуют множество требований к полимерным электролитам, которые не просто выполнить одновременно. Так, гибкость желательна для создания изгибаемых источников тока. Способность ингибировать рост дендритов лития и устойчивость к возгоранию нужны для обеспечения безопасности в обращении. Электрохимическая стабильность необходима для долгосрочной работы аккумулятора. Для быстрого заряда и разряда батареи требуется высокая ионная проводимость электролита, высокая скорость переноса Li+, хороший межповерхностный контакт между электролитом и электродами. В заключение следует отметить, что низкая стоимость компонентов делает продукт более доступным для потребителя.
Данная работа рассматривает гелевые полимерные электролиты, которые состоят из полимерной матрицы, полярной жидкости и литиевой соли. В качестве полярной жидкости рассматриваются ионные жидкости, поскольку они не склонны к испарению и способствуют быстрому ионном транспорту. Из литературы известно, что пирролидиниевые соли обладают хорошей химической стабильностью, низкой воспламеняемостью, высокой ионной проводимостью и широким электрохимическим окном. Широкий интерес привлекают ионные жидкости с анионом бистрифторметансульфонилимида (TFSI). Например, Pyr13-TFSI, EMI-TFSI, DEME-TFSI,используют в составе гелевых полимерных электролитов, где полимерными матрицами являются катионные полиэлектролиты полипирролидиниевого, полиимидазолиевого, полипиридиниевого ряда[3],[4], а также нейтральныеполимерыPEO, PVDF-HFP,PEG[5],[6]. В качестве источника ионов лития в состав полимерных электролитов вводят различные литиевые соли, например: LiTFSI, LiFSI, LiTf2N[7], [8], [9].
Цель данной работе заключается в получении новых гелевых полимерных электролитов на основе пирролидиниевых солей и исследовании их электрохимических свойств. Для выполнения цели решили следующие задачи:
1. Синтез мономеров (хлоридов N,N-диаллил-N,N-диалкиламмония) и ионных жидкостей;
2. Получение полиэлектролитов путем свободно-радикальной полимеризации с последующим ионный обменом и характеризацией полимеров;
3. Формирование пленок полимерных электролитов, пластифицированных ионными жидкостями;
4. Изучение электропроводности и электрохимической стабильности полученных гелевых полимерных электролитов в пленках.
✅ Заключение
В рамках работы были синтезированы полимерные ионные жидкости и на их основе предложен ряд полимерных электролитов. Свойства электролитов оценивались по критериям механической стойкости пленок, удельной электропроводности, активационного барьера переноса заряда, электрохимической стабильности. Для выбора наиболее перспективного состава результаты оценок можно представить в виде таблицы.
Механические свойства Электрохимическая стабильность Ионная проводимость Энергия активации
σ(Смсм-1) Ea, кДж моль-1
A Хорошие Нет данных 3.02×10-4 17.4
B Приемлемые Высокая 1.49×10-4 34.4
C Приемлемые Нет данных 3.81×10-4 39.1
D Хорошие Высокая 1.57×10-4 18.1
E Хорошие Высокая 8.02×10-5 25.9
В сравнении описанными в литературе системами, предложенные образцы показали более высокую электропроводность. Благодаря введению в состав поли(N,N-диметилакриламида) были получены пленки с улучшенными механическими свойствами, что позволило отделять их от подложки. Наименьшая энергия активации переноса заряда наблюдалась пленок А и D, а наибольшая электропроводность – для пленок А и С. Наличие длинных алкильных заместителей при атомах азота мономерных звеньев не способствует уменьшению активационного барьера переноса заряда в пленке, хотя и снижает температуру стеклования исходных полимеров. Наиболее перспективным выглядит развитие составов на основе AиD.