Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ЛИТИЕВАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ СУЛЬФИРОВАННОГО ПОЛИСТИРОЛА И ПОЛИМЕТИЛПЕНТЕНА С ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

Полный текст:

Аннотация

Изучена сольватация и подвижность ионов лития в катионообменных мембранах на основе полиметилпентена и сульфированного полистирола с различной степенью прививки в зависимости от состава внедренных в полимерную матрицу органических растворителей. Показано, что наибольшей ионной проводимостью при комнатной температуре (30 °C) характеризуются наиболее сольватированные мембраны, содержащие диметилсульфоксид (σ = 1.31∙10–4 См/см, для полимера со степенью прививки 78 %). Мембраны, содержащие диметилформамид, характеризуются постоянством фазового состава в широком интервале температур и наибольшей ионной проводимостью при отрицательных температурах (σ = 9∙10–6 См/см при –20 °С для полимера с СП = 78 %).

Об авторах

Д. Ю. Воропаева
Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт проблем химической физики РАН
Россия

119991, Москва, Ленинский просп., 31;

119991, Москва, Ленинские горы, 1;

142432, Черноголовка, пр-т академика Семенова, 1



Д. В. Голубенко
Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН; Институт проблем химической физики РАН
Россия

119991, Москва, Ленинский просп., 31;

142432, Черноголовка, пр-т академика Семенова, 1



С. А. Новикова
Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН
Россия
119991, Москва, Ленинский просп., 31


А. Б. Ярославцев
Институт общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Высшая школа экономики
Россия

119991, Москва, Ленинский просп., 31;

119991, Москва, Ленинские горы, 1;

101000, Москва, ул. Мясницкая, 20



Список литературы

1. Quartarone E., Mustarelli P. Electrolytes for solid-state lithium rechargeable batteries: recent advances and perspectives // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. P. 2525–2540.

2. Ярославцев А.Б. Основные направления разработки и исследования твердых электролитов // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 11. С. 1255–1276.

3. Gao Z., Sun H., Fu L., Ye F., Zhang Y., Luo W., Huang Y. Promises, challenges and recent progress of inorganic solid-state electrolytes for all-solid-state lithium batteries // Adv. Mater. 2018. V. 30. P. 1705702.

4. Stenina I.A., Pinus I.Y., Rebrov A.I., Yaroslavtsev A.B. Lithium and hydrogen ions transport in materials with NASICON structure // Solid State Ionics. 2004. V. 175. P. 445–449.

5. Jian Z., Hu Y.S., Ji X., Chen W. NASICON-structured materials for energy storage // Adv. Mater. 2017. V. 29. P. 1601925.

6. Nonemacher J.F., Hüter C., Zheng H., Malzbender J., Krüger M., Spatschek R., Finsterbusch M. Microstructure and properties investigation of garnet structured Li7 La3 Zr2 O12 as electrolyte for all-solid-state batteries // Solid State Ionics. 2018. V. 321. P. 126–134.

7. Li C., Xi Z., Guo D., Chen X., Yin L. Chemical immobilization effect on lithium polysulfides for lithium-sulfur batteries // Small. 2018. V. 14. P. 1701986.

8. Xue Y., Quesnel D.J. Synthesis and electrochemical study of sodium ion transport polymer gel electrolytes // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 7504–7510.

9. Gao H., Zhou W., Park K., Goodenough J.B. A sodium-ion battery with a low-cost cross-linked gel-polymer electrolyte // Adv. Energy Mater. 2016. V. 6. P. 1600467.

10. Yue L., Ma J., Zhang J., Zhao J., Dong S., Liu Z., Cui G., Chen L. All solid-state polymer electrolytes for high-performance lithium ion batteries // Energy Storage Mater. 2016. V. 5. P. 139–164.

11. Sun B., Mindemark J., Edström K., Brandell D. Polycarbonatebased solid polymer electrolytes for Li-ion batteries // Solid State Ionics. 2014. V. 262. P. 738–742.

12. Armand M. Polymer electrolytes — an overview // Solid State Ionics. 1983. V. 9 & 10. P. 745–754.

13. Di Noto V., Lavina S., Giffin G.A., Negro E., Scrosati B. Polymer electrolytes: Present, past and future // Electrochim. Acta. 2011. V. 57. P. 4–13.

14. Xu K. Nonaqueous liquid electrolytes for lithium-based rechargeable batteries // Chem. Rev. 2005. V. 104. P. 4303–4417.

15. Ghosh A., Kofinas P. Nanostructured block copolymer dry electrolyte // J. Electrochem. Soc. 2008. V. 151. № 6. P. A428–A431.

16. Snyder J.F., Ratner M.A., Shriver D.F. Ion conductivity of comb polysiloxane polyelectrolytes containing oligoether and perfluoroether sidechains // J. Electrochem. Soc. 2003. V. 150. № 8. P. A1090–A1094.

17. Han P., Zhu Y., Liu J. An all-solid-state lithium ion battery electrolyte membrane fabricated by hot-pressing method // J. Power Sources. 2015. V. 284. P. 459–465.

18. Liu Y., Cai Z., Tan L., Li L. Ion exchange membranes as electrolyte for high performance Li-ion batteries // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 9007–9013.

19. Cai Z., Liu Y., Liu S., Li L., Zhang Y. High performance of lithium-ion polymer battery based on non-aqueous lithiated perfluorinated sulfonic ion-exchange membranes // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 5690–5693.

20. Aldebert P., Guglieimi M., Pineri M. Ionic conductivity of bulk, gels and solutions of perfluorinated ionomer membranes // Polym. J. 1991. V. 23. № 5. P. 399–406.

21. Doyle M., Lewittes M.E., Roelofs M.G., Perusich S.A., Lowrey R.E. Relationship between ionic conductivity of perfluorinated ionomeric membranes and nonaqueous solvent properties // J. Membr. Sci. 2001. V. 184. P. 257–273.

22. Gao J., Sun C., Xu L., Chen J., Wang C., Guo D., Chen H. Lithiated Nafion as polymer electrolyte for solid-state lithium sulfur batteries using carbon-sulfur composite cathode // J. Power Sources. 2018. V. 382. P. 179–189.

23. Сангинов Е.А., Евщик Е.Ю., Каюмов Р.Р., Добровольский Ю.А. Литий-ионная проводимость мембраны Нафион, набухшей в ряде органических растворителей // Электрохимия. 2015. Т. 51. № 10. С. 1115–1120.

24. Карелин А.И., Каюмов Р.Р., Добровольский Ю.А. Строение литийпроводящих полимерных мембран на основе Нафиона, пластифицированного диметилсульфоксидом // Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6. № 4. С.366–373.

25. Nasef M. Preparation and applications of ion exchange membranes by radiation-induced graft copolymerization of polar monomers onto non-polar films // Prog. Polym. Sci. 2004. V. 29. P. 499–561.

26. Zhou T., Shao R., Chen S., He X., Qiao J., Zhang J. A review of radiation-grafted polymer electrolyte membranes for alkaline polymer electrolyte membrane fuel cells // J. Power Sources. 2015. V. 293. P. 946–975.

27. Safronova E.Y., Golubenko D.V., Shevlyakova N.V., D’yakova M.G., Tverskoi V.A., Dammak L., Grande D., Yaroslavtsev A.B. New cation-exchange membranes based on crosslinked sulfonated polystyrene and polyethylene for power generation systems // J. Membr. Sci. 2016. V. 515. P. 196–203.

28. Golubenko D.V., Safronova E.Y., Ilyin A.B., Shevlyakova N.V., Tverskoi V.A., Pourcelly G., Yaroslavtsev A.B. Water state and ionic conductivity of grafted ion exchange membranes based on polyethylene and sulfonated polystyrene // Mend. Commun. 2017. V. 27. P. 380–381.

29. Xu Z., Wang J., Shen L., Men D., Xu Y. Microporous polypropylene hollow fiber membrane Part I. Surface modification by the graft polymerization of acrylic acid // J. Memr. Sci. 2002. V. 196. P. 221–229.

30. Ding Y., Shen X., Zeng J., Wang X., Peng L., Zhang P., Zhao J. Pre-irradiation grafted single lithium-ion conducting polymer electrolyte based on poly(vinylidene fluoride) // Solid State Ionics. 2018. V. 323. P. 16–24.

31. Walsby N., Sundholm F., Kallio T., Sundholm G. Radiationgrafted ion-exchange membranes: influence of the initial matrix on the synthesis and structure // J. Polym. Sci: Part A. Polym. Chem. 2001. V. 39. P. 3008–3017.

32. Horsfall J.A., Lovell K.V. Synthesis and characterization of sulfonic acid-containing ion exchange membranes based on hydrocarbon and fluorocarbon polymers // Eur. Polym. J. 2002. V. 38. P. 1671–1682.

33. Golubenko D.V., Yaroslavtsev A.B. New approach to the preparation of grafted ion exchange membranes based on UV-oxidized polymer films and sulfonated polystyrene // Mend. Commun. 2017. V. 27. P. 572–573.

34. Gutmann V. Empirical parameters for donor and acceptor properties of solvents // Electrochim. Acta. 1976. V. 21. P. 661–670.

35. Pasgreta E., Puchta R., Galle M., van Eikema Hommes N., Zahl A., van Eldik R. Ligand-exchange processes on solvated lithium cations: DMSO and water/DMSO mixtures // Chemphyschem. 2007. V. 8. P. 1315–1320.

36. Волков В.И., Волков Е.В., Тимофеев С.В., Сангинов Е.А., Павлов А.А., Сафронова Е.Ю., Стенина И.А., Ярославцев А.Б. Самодиффузия воды и ионная проводимость в перфторированных сульфокатионообменных мембранах МФ-4СК // Журнал неорганической химии. 2010. Т. 55. № 3. С. 355–357.

37. Voropaeva D.Yu., Novikova S.A., Kulova T.L., Yaroslavtsev A.B. Conductivity of Nafion-117 membranes intercalated by polar aprotonic solvents // Ionics. 2018. V. 24. № 6. P. 1685–1692.

38. Волков В.И., Маринин А.А. Применение методов ЯМР в исследованиях ионного и молекулярного транспорта в полимерных электролитах // Успехи химии. 2013. Т. 82. № 3. С. 248-272.


Просмотров: 51


ISSN 1992-7223 (Print)