Автореферат диссертации на соискание научной степени кандидата
технических наук
Работа выполнена в Украинском государственном химико-технологическом университете в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории химических источников тока (ОНИЛхит) Министерства образования и науки Украины. - 2002. - 22с.
Специальность 05.17. 03 – техническая электрохимия
Диссертация посвящена изучению электрохимических свойств системы катод на основе феррум дисульфида - полимерный электролит.
Методами рентгеноструктурного, термического анализа и ИК-спектроскопии установлены структурные характеристики порошков природного (фракция 70 и 40 мкм) и синтезированного при разных условиях феррум дисульфида (фракция 30-40 нм). Исследовано влияние природы феррум дисульфида на макроструктурные (пористость, удельная поверхность) и электрохимические характеристики (разрядная емкость, эффективность циклирования) катодов на основе сульфидных материалов.
Исследовано влияние литиевой соли (LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiCF3SO3) на проводимость полимерного электролита, которая составляет ~ 10-3 См/см, что практически не отличается от проводимости традиционных неводных электролитов на основе смесей апротонных растворителей. Изучено влияние компонентов электролита и природы литиевой соли на термостабильность хлорированного поливинилхлорида. Показано, что введение литиевой соли значительно понижает термостабильность полимерного электролита. Наиболее оптимальным является использование LiClO4 и LiCF3SO3.
Разработан метод формирования пленки полимерного электролита. Показано влияние метода приготовления пленки полимерного электролита на морфологию поверхности и импеданс системы с литиевыми электродами. Методом импедансной спектроскопии доказано, что полимерные электролиты на основе модифицированного хлором поливинилхлорида обладают меньшей реакционной способностью по отношению к литиевому электроду, чем исходный ПВХ.
Исследовано взаимодействие феррум дисульфида с компонентами неводных электролитов. Влияние влаги и различных примесей на поверхности активного катодного материала проявляется в каталитическом инициировании процессов разложения апротонных растворителей и полимерной матрицы. Введение литиевой соли в апротонные растворители (т.е. растворы, представляющие собой традиционные неводные электролиты), позволяет стабилизировать систему. Однако, введение литиевой соли в растворы, содержащие полимерные материалы, существенного влияния на процесс деструкции не оказывает.
Установлено, что процесс восстановления феррум дисульфида проходит в две стадии. При последующем окислении продуктов восстановления дисульфида железа образуются новые соединения, способные эффективно циклироваться при контакте с полимерным электролитом. Следует отметить, что восстановление синтезированного феррум дисульфида начинается при потенциалах 1,5-1,6 В, тогда как для его природного аналога при потенциалах 0,9 – 1,1 В.
Показано, что за счет взаимодействия более активного, по сравнению с природным пиритом, порошка синтезированного феррум дисульфида с компонентами полимерного электролита удается существенно повысить разрядную емкость на первом цикле. Высказано предположение, что высокая разрядная емкость, характерная для катодов на основе синтезированных нано-материалов, обусловлена частичным взаимодействием активного катодного вещества с компонентами полимерного электролита при потенциалах ниже 1,2 В.
Установлено влияние природы литиевой соли на эффективность циклирования системы литий – полимерный электролит – феррум дисульфид. Наиболее высокие характеристики получены при использовании полимерного электролита, содержащего LiCF3SO3.
Испытания макетов литиевых источников тока системы Li-FeS2 с полимерным электролитом на основе ХПВХ в габаритах 2325 позволили определить оптимальный диапазон циклирования. Он составляет 1,1 – 2,7В.
Показано, что аккумуляторы на основе исследуемой системы способны эффективно циклироваться при комнатной температуре на протяжении 200 циклов. При этом разрядная емкость составляет ~ 400 Ач/кг.
Ключевые слова: аккумулятор, сульфидный электрод, структура, полимерный электролит, проводимость, емкость, циклируемость, оптимизация.
Работа выполнена в Украинском государственном химико-технологическом университете в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории химических источников тока (ОНИЛхит) Министерства образования и науки Украины. - 2002. - 22с.
Специальность 05.17. 03 – техническая электрохимия
Диссертация посвящена изучению электрохимических свойств системы катод на основе феррум дисульфида - полимерный электролит.
Методами рентгеноструктурного, термического анализа и ИК-спектроскопии установлены структурные характеристики порошков природного (фракция 70 и 40 мкм) и синтезированного при разных условиях феррум дисульфида (фракция 30-40 нм). Исследовано влияние природы феррум дисульфида на макроструктурные (пористость, удельная поверхность) и электрохимические характеристики (разрядная емкость, эффективность циклирования) катодов на основе сульфидных материалов.
Исследовано влияние литиевой соли (LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiCF3SO3) на проводимость полимерного электролита, которая составляет ~ 10-3 См/см, что практически не отличается от проводимости традиционных неводных электролитов на основе смесей апротонных растворителей. Изучено влияние компонентов электролита и природы литиевой соли на термостабильность хлорированного поливинилхлорида. Показано, что введение литиевой соли значительно понижает термостабильность полимерного электролита. Наиболее оптимальным является использование LiClO4 и LiCF3SO3.
Разработан метод формирования пленки полимерного электролита. Показано влияние метода приготовления пленки полимерного электролита на морфологию поверхности и импеданс системы с литиевыми электродами. Методом импедансной спектроскопии доказано, что полимерные электролиты на основе модифицированного хлором поливинилхлорида обладают меньшей реакционной способностью по отношению к литиевому электроду, чем исходный ПВХ.
Исследовано взаимодействие феррум дисульфида с компонентами неводных электролитов. Влияние влаги и различных примесей на поверхности активного катодного материала проявляется в каталитическом инициировании процессов разложения апротонных растворителей и полимерной матрицы. Введение литиевой соли в апротонные растворители (т.е. растворы, представляющие собой традиционные неводные электролиты), позволяет стабилизировать систему. Однако, введение литиевой соли в растворы, содержащие полимерные материалы, существенного влияния на процесс деструкции не оказывает.
Установлено, что процесс восстановления феррум дисульфида проходит в две стадии. При последующем окислении продуктов восстановления дисульфида железа образуются новые соединения, способные эффективно циклироваться при контакте с полимерным электролитом. Следует отметить, что восстановление синтезированного феррум дисульфида начинается при потенциалах 1,5-1,6 В, тогда как для его природного аналога при потенциалах 0,9 – 1,1 В.
Показано, что за счет взаимодействия более активного, по сравнению с природным пиритом, порошка синтезированного феррум дисульфида с компонентами полимерного электролита удается существенно повысить разрядную емкость на первом цикле. Высказано предположение, что высокая разрядная емкость, характерная для катодов на основе синтезированных нано-материалов, обусловлена частичным взаимодействием активного катодного вещества с компонентами полимерного электролита при потенциалах ниже 1,2 В.
Установлено влияние природы литиевой соли на эффективность циклирования системы литий – полимерный электролит – феррум дисульфид. Наиболее высокие характеристики получены при использовании полимерного электролита, содержащего LiCF3SO3.
Испытания макетов литиевых источников тока системы Li-FeS2 с полимерным электролитом на основе ХПВХ в габаритах 2325 позволили определить оптимальный диапазон циклирования. Он составляет 1,1 – 2,7В.
Показано, что аккумуляторы на основе исследуемой системы способны эффективно циклироваться при комнатной температуре на протяжении 200 циклов. При этом разрядная емкость составляет ~ 400 Ач/кг.
Ключевые слова: аккумулятор, сульфидный электрод, структура, полимерный электролит, проводимость, емкость, циклируемость, оптимизация.