Katarzyna Gbur Ewa Piętniewicz Rafał Buga Norbert Dąbrowski Sprawozdanie Temat: Elektrolity polimerowe w miniaturowych bateriach litowych. 1. Wstęp teoretyczny
Elektrolit jest substancją, która jest zdolna do jonowego przewodzenia prądu elektrycznego (przepływ ładunku (jonów) pomiędzy elektrodami). W zależności od użytego rozpuszczalnika (mieszaniny rozpuszczalników lub matrycy polimerowej) i rozpuszczonej w nim soli, elektrolity mogą mieć różne właściwości. W ogniwach litowych stosuje się aprotonowe, bezwodne rozpuszczalniki, ze względu na dużą reaktywność litu z protonami (a także jonami wodorotlenowymi i samą wodą). Elektrolity do ogniw litowych muszą posiadać określone parametry: wysoką przewodnoś jonową, niską temperaturą topnienia (w przypadku elektrolitów ciekłych), niską temperaturą zeszklenia (w przypadku elektrolitów polimerowych), wysoką temperaturą wrzenia, stabilność chemiczną i elektrochemiczną, a także stabilność wobec elektrod. Elektrolit powinien być także jak najsłabszym przewodnikiem elektronów, by zapobiegać samorozładowaniu naładowanego ogniwa.
Elektrolity możemy podzielić na: ciekłe, żelowe (na podstawie polimerowej membrany) i polimerowe (stałe). 2. Elektrolity polimerowe
Elektrolity ciekłe, nie zawsze dobrze sprawdzają się w zastosowaniach praktycznych. Elektrolity polimerowe, ponieważ są ciałami stałymi są bardzo dobrym rozwiązaniem do ogniw litowych. Wytwarza się je w postaci membrany polimerowej, w której została rozpuszczona sól litowa. Przewodzenie jonowe następuje w obszarach amorficznych, dlatego bardzo ważne jest zapewnienie jak najmniejszego stopnia krystaliczności polimeru. Polimery dzięki swojej elastyczności pozwalają na dowolne formowanie źródła energii, również konstruowanie np. supercienkich ogniw. Elektrolit polimerowy spełnia w ogniwie podwójną funkcję. Jest zarówno elektrolitem, jak i separatorem. Zaletami tego rodzaju elektrolitów są: stosunkowa łatwość wytwarzania membran, znaczne zwiększenie bezpieczeństwa użytkowania ze względu na wyeliminowanie palnych rozpuszczalników. Główną wadą jest ich dość niska w stosunku do elektrolitów ciekłych przewodność jonowa.
3. Synteza elektrolitów ciekłych i stałych
Obliczono ilości substancji potrzebnych do przygotowania elektrolitów: Ciekły 10g - PEO DME 250 1,065g - LiClO4
Stały:
0,22g - PEO 0,0266g - LiClO4
20ml - acetonitryl Wszystkie substancje i inne potrzebne rzeczy takie jak: pęseta, chusteczki, strzykawki, igły, parafilm, mieszadełka magnetyczne, kolbkę z dopasowanym korkiem oraz fiolkę z zakrętką włożono zgodnie z instrukcją obsługi do urządzenia drybox wypełnionego gazem obojętnym - argonem.
(…)
… roztwory pozostawiono w drybox'ie na mieszadłach magnetycznych do następnych zajęć.
4. Elektrolity żelowe
Elektrolity żelowe również są przygotowywane w oparciu o membranę polimerową. Różnica polega na tym, że w elektrolitach żelowych membrana jest nasączana np. odpowiednim roztworem soli. Z powodu unieruchomienia roztworu w matrycy, co zapobiega jego wydostawaniu się na zewnątrz, elektrolity żelowe…
… ftalanu dibutylu, 5,011g acetonu). Wrzucono do buteleczki mieszadło magnetyczne, ustawiono temperaturę 39°C i rozpoczęto mieszanie (ok. 2 h). Następnie wylano całość na równe podłoże do naczynka. Na tym etapie zakończono ćwiczenie. Aby, wykonać pełną syntezę należałoby po ok. 20 h wrzucić membrany na 24 h do eteru w celu odmycia ftalanu. Następnie przenieść membrany do suszarki próżniowej i suszyć…
… / mm
długość swageloka / mm
grubość membrany l / cm
pole powierzchni S / cm2 przewodność 104 *κ / S * cm-1 14
żelowy
46
70,47
70,32
0,015
1,287
2,53
15
żelowy
11,98
70,18
70,05
0,013
1,287
8,43
17
ciekły
21,93
70,31
69,99
0,032
1,287
11,34
22
ciekły
18,13
70,24
70,04
0,020
1,287
8,57
7. Wnioski
Nasze wyniki pokazują, że przewodności elektrolitów żelowych i ciekłych mają podobne rzędy wielkości…
… są niekiedy dodatki ceramiczne.
Są dwa główne sposoby wytwarzania tego typu membran. Pierwsza z metod polega na zmieszaniu wszystkich składników (sól, polimer, rozpuszczalnik), wylaniu membrany i odczekaniu na odparowanie rozpuszczanika. Druga z metod polega na wytworzeniu membrany z czystego polimeru (lub kopolimeru), a następnie nasączaniu membran elektrolitem ciekłym, zawierającym rozpuszczoną uprzednio…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)