Synteza i charakterystyka karboksyboranowej soli litu do zastosowania w bateriach litowo-jonowych

Joanna Tolak

Abstract

-
Diploma typeMaster of Science
Author Joanna Tolak KChTP
Joanna Tolak,,
- Chair Of Polymer Chemistry And Technology
Supervisor Ewa Zygadło-Monikowska KChTP
Ewa Zygadło-Monikowska,,
- Chair Of Polymer Chemistry And Technology
Certifying unitFaculty of Chemistry (FC)
Affiliation unitChair Of Polymer Chemistry And Technology (CPCT)
Languagepl polski
StatusFinished
Issue date (year)2013
Keywords in Polishbaterie litowo-jonowe, sole litowe, sole karboksylowe, elektrolity polimerowe
Keywords in Englishlithium-ion batteries, lithium salts, carboxylate salts, polymer electrolytes
Abstract in PolishW ostatnich latach przemysł elektroniczny jest szybko rozwijającą się dziedziną nauki, wynika to z rozwoju cywilizacyjnego,Ciągłe dążenie do miniaturyzacji przenośnego sprzętu elektronicznego sprawia, że stawiane są również coraz większe wymagania bateriom zasilającym sprzęty elektryczne. Wcześniej w większości stosowano akumulatory niklowo – kadmowe, są coraz powszechniej zastępowane bateriami litowo – jonowymi.[1] Coraz większa popularność baterii litowo – jonowych sprawia, że modyfikuje się je, poprawiając ich właściwości elektryczne oraz mechaniczne. Jednym z obszarów modyfikacji są elektrolity. Najważniejsze parametry baterii, które można poprawić, to przewodność jonowa, liczby przenoszenia kationu litowego, stabilność elektrochemiczna oraz właściwości mechaniczne. Karboksylany glinu są związkami o właściwościach kwasu Lewisa, dzięki czemu mogą kompleksować aniony soli litowych znajdujących się w elektrolitach dzięki temu uwalniany jest kation litowy.[2] Dzięki immobilizacji anionów soli znajdującej się w elektrolicie przez karboksylany glinu możliwe jest osiągnięcie wyższej przewodności jonowej oraz wyższe liczby przenoszenia kationu litowego.[3] Wyniki i dyskusja W pierwszym etapie badań zsyntezowano karboksylany glinu o różnej budowie, następnie poddano je badaniom metodami rezonansu magnetycznego, spektroskopii w podczerwieni oraz spektroskopii impedancyjnej. Jako pierwsze zsyntezowano, w dwuetapowej syntezie małocząsteczkowe karboksylany glinu o różnej długości łańcucha oksyetylenowego (n = 1, 2, 3). Następnie otrzymano wielkocząsteczkowe karboksylany glinu, pochodne kopolimeru styrenu i bezwodnika maleinowego o długości łańcucha oksyetylenowego n = 2. Produkt podobnie jak w przypadku syntezy małocząsteczkowych karboksylanów glinu otrzymano w dwuetapowej syntezie, zamiast bezwodnika bursztynowego do reakcji użyto kopolimer styrenu i bezwodnika maleinowego. Przeprowadzone analizy FT-IR oraz protonowego oraz glinowego rezonansu magnetycznego potwierdziły otrzymanie założonych produktów. Po otrzymaniu karboksylanów glinu przeprowadzono badania przewodności jonowej układów złożonych z karboksylanu glinu, soli litowej oraz w przypadku elektrolitów ciekłych węglanu propylenu, natomiast w przypadku polimerów stałych poli(tlenku etylenu). Do pomiarów przewodności użyto następujących soli litowych: CF3COOLi, CF3SO3Li, LiN(CF3SO2)2, LiOBF2+LiOBF4. Badania elektrolitów ciekłych zawierających PC pokazują, że przewodność roztworów monotonicznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Spośród badanych soli najniższą przewodnością charakteryzuje się roztwór z LiF a najwyższą z solą imidową. Pozostałe sole bez względu na udział karboksylanu glinu charakteryzuje zbliżona przewodność o wartościach leżących pomiędzy tymi skrajnymi przypadkami. Uzyskane zależności wskazują, że w roztworze soli z małym, twardym anionem, jakim jest anion fluorkowy znacznie została ograniczona jego mobilność na skutek oddziaływania z karboksylanem glinu. Otrzymano także stałe elektrolity polimerowe z zastosowaniem poli(tlenku etylenu) (PEO) jako matrycy polimerowej. Elektrolity były modyfikowane karboksylanem w równomolowej mieszaninie z solami litu, takimi jak: CF3COOLi, CF3SO3Li, LiN(CF3SO2)2 i mieszaniną LiBF4 z LiOBF2. Wyniki przewodności jonowej w funkcji temperatury przedstawiono na wykresie 3. Właściwości fizyczne membran bardzo różniły się, co ma swoje odzwierciedlenie w ich przewodności. Elektrolity z solą imidową i LiBF4 z LiOBF2 były bardzo elastyczne i miały dużą adhezję do powierzchni elektrod. Ich przewodność jest stosunkowo wysoka, charakterystyczna jak dla układów amorficznych, blisko 10-5 S cm-1 w temperaturze pokojowej. Pozostałe elektrolity były dosyć sztywne, o dużej zawartości fazy krystalicznej PEO. W temperaturze poniżej temperatury topnienia fazy krystalicznej przewodność jest niska, dla soli CF3SO3Li rzędu 10-8 S cm-1 i wzrasta do 10-5 S cm-1 w temperaturze 80oC. Literatura [1] J. Wiatr, M. Miegoń Zasilacze UPS oraz baterie akumulatorów w układach zasilania gwarantowanego, 2008. [2] Z. Florjańczyk, E. Zygadło – Monikowska, E. Rogalska – Jońska, F. Krok, J. R. Dygas, B. Misztal – Faraj, Solid State Ionic 152, 2002, 227 [3] E. Zygadło – Monikowska, Z. Florjańczyk, E. Rogalska – Jońska, A. Werbanowska, N. Langwald, D. Golodnitsky, E. Peled, R. Kovarsky, S.H. Chung, S. G. Greenbaum, J. Power Sources, 173, 2007, 734.
File
Praca mgr J.T_07_2013.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) Praca mgr J.T_07_2013.pdf 2.14 MB


Back