Новые полимерные электролиты, модифицированные краун-эфирами, для литиевых источников тока тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.05, доктор химических наук Ярмоленко, Ольга Викторовна

• Ярмоленко, Ольга Викторовна
• доктор химических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор химических наук Ярмоленко, Ольга Викторовна

Перечень условных обозначений

Перечень основных объектов исследования

ВВЕДЕНИЕ

1. Актуальность темы

2. Основные задачи работы

3. Научная новизна работы

4. Практическая значимость

5. Личный вклад автора

6. Апробация работы

7. Публикации по теме диссертации

8. Структура и объем диссертации

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1. Полимерные электролиты для литиевых и литий-ионных источников тока

1.1.1. Твердые полимерные электролиты

1.1.2. Полимерные гель-электролиты

1.1.3. Композитные полимерные электролиты

1.2. Добавки в органический электролит

1.2.1. Добавки, улучшающие ионную сольватацию

1.2.2. Добавки, улучшающие формирование границы раздела фаз

1.2.3. Добавки для остановки реакции разложения растворителя

1.2.4. Добавки, улучшающая осаждение лития

1.3. Другие способы защиты поверхности лития

1.4. Краун-эфиры, как класс соединений, перспективных для литиевых электрохимических систем

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Новые полимерные электролиты, модифицированные краун-эфирами, для литиевых источников тока»

1. Актуальность темы

За последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) получили широкое распространение как источники электропитания практически для всего спектра малогабаритной аппаратуры: ноутбуки, мобильные телефоны, портативные электроинструменты и других приложений.

В настоящее время в большинстве литиевых и литий-ионных аккумуляторов используются жидкие электролиты, представляющие собой растворы солей лития в апротонных органических растворителях. В этих системах существует фундаментальная проблема повышения обратимости электродных реакций, которые сопровождаются побочными процессами разложения электролита при высоких положительных и отрицательных потенциалах. Эти процессы приводят к снижению числа зарядо-разрядных циклов, ухудшению электрических характеристик источников тока, опасного газообразования, которое может привести к разгерметизации корпуса ЛИА с последующим возгоранием и взрывом аккумулятора.

Существует несколько подходов к решению данной проблемы, а именно: использование специальных добавок к жидкому электролиту, защита поверхности электродов и замена жидкого электролита на полимерный.

Около 30 лет назад была выдвинута концепция замены жидкого органического электролита на полимерный. Однако в твердом полимерном электролите до сих пор не удается получить приемлемую проводимость по ионам лития, порядка 10'3 См/см при 20 °С. Этот уровень проводимости можно достичь за счет введения органических растворителей в гель-электролитах, но при этом опять появляется угроза возникновения побочных реакций разложения электролита. Поэтому проблема получения безопасных высокопроводящих полимерных электролитов остается нерешенной до сих пор.

Весьма активно ведутся работы и в направлении модификации органических электролитов с помощью добавок. Добавка краун-эфиров является в этом аспекте очень перспективной, так как за счет увеличения степени ионной диссоциации соли лития, повышается проводимость жидкого электролита. Однако, влияние добавки краун-эфиров на проводимость полимерного электролита, а также на обратимость электродной реакции до настоящего времени практически не исследовалось.

Кроме того, не решены полностью научные и технологические проблемы в области создания Li-ионных аккумуляторов, работающих в низкотемпературной области от 0 до -50 °С, для специальных назначений, в том числе и для космических аппаратов, и в высокотемпературной области от 50 до 100 °С, для крупногабаритных батарей аккумуляторов, используемых для электротранспорта.

Таким образом, исследования по созданию новых высокопроводящих полимерных электролитов, модифицированных краун-эфирами, для широкотемпературной области применения является актуальной задачей.

Разработка и исследование полимерных электролитов для литиевых источников тока входит в число Основных направлений научной деятельности ИПХФ РАН, а также относится к направлению 5.5. «Новые химические источники тока и разработка химических генераторов для энергетики больших мощностей и бытовых нужд» ОХНМ РАН и Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-2012 гг. V. 40. «Химические аспекты энергетики: фундаментальные исследования в области создания новых химических источников тока».