SYNTEZA ELEKTROLITÓW ŻELOWYCH
mgr inż. Marta Kasprzyk
1. Wstęp teoretyczny
1.1.Wprowadzenie
W ciągu ostatnich lat nastąpił dość gwałtowny rozwój przenośnych urządzeń elektronicznych tj.: telefony komórkowe, laptopy, odtwarzacze mp3, aparaty fotograficzne, kalkulatory, zegarki oraz wiele innych np. urządzenia stosowane w medycynie (rozruszniki serca). Wraz z postępującą miniaturyzacją poszukiwano nowych źródeł energii, które byłyby lżejsze i zajmowałyby jak najmniej miejsca. Takimi źródłami okazały się ogniwa litowe. Początkowo (w latach 80. XX wieku) były to jedynie ogniwa pierwotne, ale niedługo później (na początku lat 90. XX wieku) udało się opracować ogniwa wtórne Li/Li+, oparte na elektrolitach ciekłych - ogniwa litowo-jonowe. Takie układy mogły znaleźć zastosowanie w urządzeniach, w których ważnymi parametrami były duża energia i moc właściwa. Niestety z tego typu ogniwami pojawiły się problemy związane z wyciekaniem elektrolitu, a także z zapłonami baterii. Rozwiązaniem okazały się m.in. elektrolity żelowe. Elektrolity nieciekłe (żelowe i polimerowe) zapobiegały wyciekaniu elektrolitu, jak również umożliwiły dowolne kształtowanie otrzymanego źródła energii. Elektrolity żelowe są szczególnie interesujące za sprawą ich specyficznych właściwości, ale również ze względu na możliwość ich modyfikacji poprzez dodawanie różnego rodzaju dodatków ceramicznych.
1.2. Ogólna charakterystyka elektrolitów do ogniw litowych
Elektrolit jest środowiskiem, w którym następuje przepływ ładunku (jonów) pomiędzy elektrodami. Istnieje duża różnorodność elektrolitów, co wynika z rodzaju użytego rozpuszczalnika (mieszaniny rozpuszczalników lub matrycy polimerowej) i rozpuszczonej w nim soli litowej. W ogniwach litowych stosuje się rozpuszczalniki bezwodne (a dokładniej aprotonowe), ze względu na dużą reaktywność litu z protonami (a także jonami wodorotlenowymi i samą wodą). Elektrolity do ogniw litowych muszą charakteryzować się: wysoką przewodnością jonową (w celu zminimalizowania oporów ogniwa, a w związku z tym efektu nagrzewania się układu podczas pracy), niską temperaturą topnienia (w przypadku elektrolitów ciekłych), niską temperaturą zeszklenia (w przypadku elektrolitów polimerowych), wysoką temperaturą wrzenia, chemiczną i elektrochemiczną stabilnością, a także stabilnością wobec elektrod. Poza wysoką przewodnością jonową, elektrolit powinien być jak najsłabszym przewodnikiem elektronów, by zapobiegać samorozładowaniu naładowanego ogniwa. Z punktu widzenia ekonomicznego elektrolit powinien odznaczać się również niską ceną, co jest możliwe do osiągnięcia jedynie wówczas, gdy produkcja soli litowej nie jest zbyt kosztowna.
(…)
… takie, które są tworzone w oparciu o następujące polimery: PEO (poli(tlenek etylenu)), PVdF (poli(difluorowinyliden)), PEA (poli(eter akrylowy)), PVE (poli(eter winylowy)), PEPE (poli(eter epoksydowy)), HQ (HydroQuebec, czyli kopolimer PEO/PPO/AGE - poli(tlenku etylenu), poli(tlenku propylenu) i eteru allilo-2,3-epoksypropylowego). Poprzez swoją budowę tego typu elektrolity zapewniają stosunkowo dużą liczbę przenoszenia…
… polimeru (lub kopolimeru), a następnie nasączaniu membran elektrolitem ciekłym, zawierającym rozpuszczoną uprzednio sól litu (metoda Bellcore'a).
Najczęściej stosowanymi polimerami do tworzenia membran do elektrolitów żelowych są: PVdF, PAN (poliakrylonitryl), PEO, PVdF-HFP (kopolimer PVdF i HFP - heksafluoropropylenu). Drugą z wyżej wymienionych metod syntezy jest metoda Bellcore'a, która odnosi się głównie do elektrolitów z membraną PVdF-HFP.
2. Wykonanie ćwiczenia
Synteza membran PVdF-HFP metodą Bellcore'a
Do buteleczki odważyć kopolimeru PVdF-HFP, ftalanu dibutylu, acetonu w następujących stosunkach wagowych 1:2:10. Wrzucić do buteleczki mieszadło magnetyczne, ustawić temperaturę 39°C i rozpocząć mieszanie (ok. 2 h). Następnie wylać całość na równe podłoże (szalka Petriego lub krystalizator…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)