CC BY
35
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 1 /2019
УДК 661.13
М.С. Липкин,
д. т. н., ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова, Е - mail: lipkin@yandex.ru А. В. Семенкова,
студентка 1-го курса магистратуры ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова
г. Новочеркасск, РФ Е - mail: semenkovaanastasiy@mail.ru М.А. Бураков,
студент 2-го курса магистратуры ЮР1 ПУ(НПИ) имени М.И. Платова,
г. Новочеркасск, РФ Е - mail: pcmaker.1@yandex.ru А. Г. Писарева
студентка 1-го курса магистратуры ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова
г. Новочеркасск, РФ Е - mail: nyuta_golovina@mail.ru
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРОЛИТА ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Аннотация
В настоящей статье рассмотрены процессы? затрудняющие работу литий-ионного аккумулятора. Представлены результаты исследования химического состава электролита, после воздействия на него света в течении 22 суток. Выявлено влияние света на состав и свойства используемого электролита.
Ключевые слова:
литий-ионный аккумулятор, электролит, хромато-масс спектрометрия, твердо-электролитная пленка (SEI)
Как известно, элементы, которые в качестве анода содержат металлический литий, способны долго держать заряд. Именно это делает литий перспективным материалом для создания перезаряжаемых источников тока [1] . Но, не смотря на частое применение лития, процессы, происходящие в химических элементах такого типа, мало изучены. На сегодняшний день наиболее важной областью исследования является изучение процессов происходящих в электролите. Используемый апротонный электролит может вызывать коррозию металлического электрода [2]. Считается, что образовавшаяся твердоэлектролитная пленка на поверхности лития защищает его от негативного действия смеси органических растворителей, которые используются в качестве электролита (в большей степени этиленкарбоната) [3].
Контроль электролита направлен на обнаружение примесей, присутствие которых может приводить к образованию несимметрично проводящей твердоэлектролитной пленки (SEI). Пассивирующая пленка затрудняет работу аккумулятора. В процессе заряда происходит осаждение лития в виде дендритов, которые, в последствии затрудняют взаимодействие с токопроводящим объектом [4]. Чтобы спрогнозировать возможные нарушения в работе литий-ионного аккумулятора, следует изучить процессы, происходящие в электролите. Важным фактором, влияющим на работу аккумулятора, является наличие органических примесей.
Стандартным способом обнаружения примесей органических соединений является хромато-масс спектрометрия.
Метод основан на комбинации двух методов - хроматографии и масс-спектрометрии. Хроматография позволяет разделить компоненты смеси, а масс-спектрометрия дает последующие качественные и количественные характеристики этих веществ [5].
Применение этого метода к анализу электролита ТС2016, находившегося в условиях экспозиции на свету (в боксе) в течение 22 суток и без таковой (рис. 1) показывает, что у исходного электролита примесями являются окись этилена и циклобутан, причем их количество в обоих случаях сопоставимо (см. табл. 1).
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 1 /2019
Появление осмолов приводит к визуально наблюдаемому изменению цвета электролита.
ttf IH »Я it* in Ul 14 IN Й» Ц*
Рисунок 1 - Хроматографические спектры образцов электролита: без экспозиции (1) и с экспозицией (2)
Таблица 1
Результаты анализа электролита методом хромато-масс спектрометрии
Молярная масса примеси Наименование Количество, %
Без экспозиции на свету После экспозиции на свету
44 окись этилена 9 12
58 циклобутан 10 11
282 осмолы - 2
В то же время ЦВА зависимости обоих видов электролита (рис. 2) обнаруживают значительно более существенные отличия. После выдержки электролита на свету возрастают предельные токи двух волн восстановления при потенциалах -800 и -1200 мВ, кроме того на анодной ветви ЦВА появляется пик окисления при потенциале -2000 мВ. Сопоставление результатов ЦВА с хроматографическими спектрами показывает, что продукты химической деструкции растворителя, в первую очередь, высокомолекулярные, обладают каталитическим действием на процессы восстановления этиленкарбоната в циклобутан. В связи с этим целесообразным представляется именно вольтамперометрический контроль электролита. В электролите после экспозиции на свету значительно снижается обратимость графита, что хорошо видно по ЦВА-зависимостям (рис. 3), снижается максимум тока на анодной ветви ЦВА.
Рисунок 2 - ЦВА-зависимости платинового электрода: а - в электролите ТС2016 в исходном состоянии (1) и через 22 суток выдержки на свету (2); б - катодные ветви ЦВА-зависимостей платинового электрода.
Скорость развертки потенциала 100 мВ/с
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 1 /2019
Рисунок 3 - ЦВА-зависимости графитового анода: в электролите без экспозиции на свету (а);
в электролите с экспозицией (б)
Таким образом, в ходе исследование было установлено влияние света на химический состав и свойства электролита, используемого в литий-ионных аккумуляторах. В последствии химических реакций, под воздействием света, процентное содержание окиси этилена и циклобутана увеличивается. Также наблюдается появление осмолов, что в последствии приводит к затруднению работы аккумулятора. Список используемой литературы:
1. О. В. Ярмоленко, В. А. Юдина, А. А. Игнатова. Современное состояние и перспективы развития жидких электролитных систем для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. - 2016. - Т. 16, № 4. - С. 155-195
2. Колосницын В., Карасева Е. / Электролит и химический источник электрической энергии // Патент России № 2007131385/09. 27.10.2010. Бюл. № 30.
3. Таганова А.А., Бубнов Ю. И. Орлов С. Б. Герметичные химические источники тока: Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации: Справочник. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2005. - 264 с.: ил. ISBN 5-93808-098-3
4. Яковлева М., Гао Ю., Ли Я. , Фитч К. Б. / Тонкодисперсно осажденный порошок металлического лития // Патент России № 2012127678/07. 30.11.2010. Бюл. № 12
5. Ф. Карасек, Р. Клемент. Введение в хромато-масс спекторметрию: Пер. с англ. - М.: Мир, 1993. - 237 с., ил. ISBN 5-03-002751-8
© Липкин М.С., Семенкова А.В., Бураков М.А., Писарева А.Г., 2019
УДК 622
Н. П. Сизов
Студент 1 курса магистратуры РГУ нефти и газа им. Губкина
г. Москва, РФ E-mail: vozis.n@mail.ru Р.А. Сизов
Студент 1 курса магистратуры РГУ нефти и газа им. Губкина
г. Москва, РФ А.З. Уталиев
Студент 1 курса магистратуры РГУ нефти и газа им. Губкина
г. Москва, РФ
ПРИМЕНЕНИЕ ПЕНОКИСЛОТ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА
Аннотация
В статье приводится характеристика пенокислотного ГРП как наиболее эффективного и
{ ,, }
