Исследование физических свойств источников тока на основе полимерных композитов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ Темирова М. А.

ТемироваМахбубахан Абдурайимовна / Temirova Makhbubakhan Abduraiimovna — кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики,

факультет проектирования и строительства автомобильных дорог и сооружений, Ташкентский институт по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: была определена вольтамперная характеристика химических источников тока с электродом полианилин-цинк и его ряд физических свойств, и были сравнены с физическими свойствами других классических полимеров.

Ключевые слова: полианилин-цинк, электрическая проводимость, папокомпозит, проводящий полимеры, стабильность, полианилин-цинк, электрод.

Большинство полимерных материалов, как современных так и созданных в начале прошлого века являются изоляторами. Однако немалая группа материалов, хотя и относится к группе полимеров, но является проводником. Примером такого материала является полианилин. Полианилин состоит из повторяющихся N-фенил-п-фенилендиаминных и хинондиминных блоков.

В настоящее время этот полимер занимает лидирующее положение по числу публикаций [1-5], связанных как с исследованием его структуры и свойств, так и возможностями практического применения в качестве электропроводящих и противокоррозионных пленочных покрытий, различного типа электрохромных и электролюминесцентных устройств и других электронных приборов. С другой стороны полианилин как проводящий полимер с хорошей устойчивостью к воздействиям окружающей среды и большими возможностями использования в качестве материала для полимерных батарей и микроэлектронных устройств [1, с. 21].

На сегодняшний день процесс накопление энергии реализуется в батареях с металлическими электродами, вес которых ограничивает удельную емкость на уровне приблизительно 250 А-ч/кг (например, в свинцовых батареях). Возможности для применения более легких батарей неограниченны: от жилищного строительства до транспорта, включая космическую промышленность и, конечно, электронику. Замена свинцовых электродов органическими теоретически возможна по мере того, как процесс введения и выведения примесей из проводящих полимеров станет таким же обратимым, как такой же процесс в свинце.

ПАНИ может быть использован как материал для положительного электрода в цинковых аккумуляторах. Поэтому мы задались целью разработать технологию получения электропроводящего полианилина и создания на его основе химических источников тока (ХИТ).

Технология полимеризации полианилина состоит в окислении анилина персульфатом аммония в водном растворе соляной кислоты [2].

Нами получены таблетки полианилина прессованием порошка полианилина, синтезированного способом полимеризацией.

Известно, что процесс накопления энергии реализуется в батареях с металлическими электродами, вес которых ограничивает удельную емкость аккумуляторов. Замена металла на полимерные электроды не только облегчает вес, но позволяет сэкономить применение таких металлов, как свинец, серебро, цинк, кадмий и др., запасы которых все более истощаются. Например. для изготовления 1000 шт. положительных электродов из полимера требуется всего 40-50 граммов порошка полимера, а в случае применения пленок и того меньше.

В данной работе приведены результаты исследований зарядно-разрядных характеристик, циклической вольтамперограммы следующих систем ХИТ: ПАНИ-цинк. Было установлено, что изготовленные элементы по своей экономической ценности эффективнее, чем батареи с металлическими электродами, так например, система ХИТ цинк-ПАНИ с полимерным электродом имела следующие характеристики.

На показанной циклической вольтамперограмме ПАНИ- электрода в растворе ПАК и ПВХ наблюдаются анодные и катодные пики, связанные с процессом допирования ПАНИ, анионами HCl, соответственно. Разряд, расходуемый на окисление ПАНИ, почти равен заряду,

расходуемому на восстановление, Кулоновская эффективность равна 96%, что свидетельствует об очень хорошей обратимости процесса заряда разряда ПАНИ-электрода [1, с. 21].

и, В д

1 2 и

Рис. 1. Зарядные (1) и разрядные (2) кривые, зарядно-разрядные характеристики полианилинового

электрода

На рис. 1 приведены (образец № 012104) зарядная (1) и разрядная (2) кривые цинковой батареи (зависимость напряжения [В] от времени [ч]). Кривые измерены при пропускании зарядного тока 1,2-10-3 А, разрядный ток 1,0-10-3 А. Среднее зарядное напряжение 1,13 В среднее разрядное напряжение 0,78 В, удельная зарядная ёмкость 2,4-10-3 А-ч, удельная разрядная емкость 2,0-10-3 А-ч, удельная зарядная энергия 310 Вт-ч/кг, удельная разрядная энергия 160 Вт-ч/кг. Масса полианилина 0,0001 кг. Все измерения выполнены при комнатной температуре.

Источником тока с металлическими электродами. Они характеризуются следующими значениями удельной разрядной мощности: серебряно-цинкового элемента 96 Вт/кг, удельной разрядной энергии 46 Вт-ч/кг. Изготовленные нами элементы имеют следующие параметры: удельная зарядная и разрядная мощность 157 Вт/кг, 130 Вт/кг; удельная зарядная и разрядная энергия, соответственно равны 310 Вт-ч/кг и 160 Вт-ч/кг. Сопоставление ХИТ с электродами 7и-ПЛНИ с серебряно-цинковыми элементами показывает, что перезаряжаемая батарея с полианилиновым электродом по своей экономической ценности эффективнее, чем батарея с металлическими электродами (см. таблица 1 - 3).

Таблица 1. Характеристики некоторых полимерных электродов

Полимер Диапо-зон разряд, В Кулонов-ский КПД, % Саморазряд, % Нарабо-тк. число циклов Удельная энергия, Вт-ч/кг

Полипиррол 3,5-2,0 98,8 100 200 80

Политиофен 4,2-3,5 96,2 35,5 200 75

Полиазулен 4,0-3,0 98,8 84 200 62

Поликарбазол 4,2-3,5 80,7 7,7 14 78

Полидибензо-корбозол 4,2-3,0 81,2 0,0 20 70

Полифенила-мин 4,1-3,0 93,1 8,0 31 76

Полиацетилен 4,1-5,0 95,6 6,7 200 60

Аккумуляторы Среднее напряжение, В Кулонов- ский КПД,% Саморазряда/о Наработка, число циклов Удельная энергия, Вт-ч/кг

Никель-кадмиевые 1,2 98,8 2-3 1000-1500 20-35

Серебряно-кадмиевые 1,08 97,8 2-3 300-500 70

Никель-Цинковые 1,74-1,85 96,2 2-4 150-200 50-70

Серебряно-Цинковые 1,50-1,85 98,8 2-4 50-100 130

Таблица 3. Физические характеристики аккумуляторов с полимерными электродами

Цинк-ПАНИ

g eS N 2 п о Среднее зарядное и разрядное напряжение, В Зарядный и разрядный ток, А г а # и s и к и Q3 о н Удельная зарядная и разрядная емкость, А-ч Удельная заряд-ная и разрядная энергия, Вт-ч/кг Удельная зарядная и разрядная мощность Вт-кг

¡г и H s -е р В «5 и и а s

s а ^ S s ч a U3 UP 1з 1р Ч £ Оз Ор W, WW. Рз Рр

012104 3 X © © X «Ч ъ <s © t— 0\ © X ■ЧТ rî © X 2 © 0 г-1/3 0 Г)

022101 4 X о 4 X © © ъ 1/3 ■чт ь ^с 0\ © х X © X X fS fS <s 0 ■ЧТ X

012103 о X © © X «/Г © X 1/3 0 © 0\ © X X ■чт X © X X © 0\ 4 <s Os X 1/3 1Л rî 2

Изучение вольтамперных характеристик данных ХИТ показало, что разработанная технология перспективна для создания новых ХИТ с улучшенными электрическими и экономическими параметрами.

Литература

1. Антонишен И. В., Туев В. И., Южанин М. В. Способ измерения внутреннего сопротивления химических источников тока. Доклады ТУСУРа, 2010. № 2 (22). Часть 2. C. 75-81.

2. Блайт Э. Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров. М.: Физматлит, 2008. 376 с.

3. Темирова М. А. Влияние допирования на электрофизические свой-ства полианилина // Узбекский журнал. Проблемы механики. Ташкент, 2007. № 4. C. 35 -37.

4. Samuelson L., Liu W., Nagarajan R., Kumar J., Bruno F. F., Cholli A., Tripathy S. Synth. Met., 2001. V. 119. P. 341-402.

5. Heeger Alan J. Semiconducting and matallic polymers: the forth generation of polumeric materials. Nobel Lecture, Chemistry, 2000. P. 381-417.

6. Темирова М. А. Исследование физических свойств полианилина и разработка химичиских источников тока на их основе: Дисс... канд.физ. мат. наук. Ташкент, 1999. 21 с.

7. Avlyanov J. K., Min Y., Mac Diarmid A. G. and Epstein A. J. Structure and propererties of processible conluctive polyaniline blends. // Synth. Metal., 1995. Vol. 72. № 71. P. 138.

КВАНТОВОЕ ПРОСТРАНСТВО Гибадуллин А. А.

Гибадуллин Артур Амирзянович / Gibadullin Artur Amirzyanovich — студент, кафедра физико-математического образования, факультет информационных технологий и математики, Нижневартовский государственный университет, г. Нижневартовск

Аннотация: статья посвящена исследованию истоков и природы пространства -времени на квантовом уровне, созданию моделей материи, взаимодействий, пространства и времени, позволяющих объяснить квантовые явления и парадоксы. Квантовое пространство по своим свойствам отличается от обыденного пространства макромира, для него справедливы неопределенности, дискретно -непрерывное устройство. Многовременная составляющая проявляется на всех уровнях организации материи и на различных масштабах, откуда следует ее универсальность. Ключевые слова: квантовое, пространство, материя, уровень.

Поведение элементарных частиц отличается от наблюдаемого нами поведения материальных тел. Для них отсутствует однозначная траектория движения, невозможно одновременно точно измерить их координату и импульс. Все это наводит на мысль о том, что причина таких особенностей заключается в устройстве самого пространства. Подобно тому, как все тела состоят из мельчайших элементарных частиц, связанных взаимодействиями, на малых масштабах происходит формирование того, что воспринимается нами как пространство-время. Расхождения при попытках создать квантовую гравитацию, объединяющую метрические теории гравитации и квантовую механику, показали, что квантовое пространство мало изучено современной наукой.

Понимание его видится необходимым при установлении характера формирования жизни на молекулярном уровне [1]. Для объяснения особенностей пространства микромира подходит концепция временных пространств и новая относительность [2]. Она предусматривает наличие неопределенностей пространства-времени на очень малых масштабах [3]. А также дискретно-непрерывное устройство, которое можно представить в виде решетки над ним [4]. Такое устройство обуславливает возникновение и поведение всех элементарных частиц [5]. Квантово -временная модель объясняет природу размерности реального физического пространства [6]. Вдобавок, она имеет прикладное значение в области квалиметрических и наукометрических исследований [7].

На основе временной концепции достигается квантованность пространства и создание квантовой гравитации [8]. При этом на любых уровнях и масштабах проявляется временная составляющая [9]. В дальнейшем закономерно появление концепции надпространства или суперверса [10]. Объединение всего на основе представления о наиболее общей временной природе [11]. И, как следующий шаг, разработка теории всего, в которой ключевая роль присваивается времени [12].

Литература

1. Гибадуллин А. А. Биоориентированная наука // European research, 2016. № 7 (18). С. 19-20.

2. Гибадуллин А. А. Временные пространства и новая теория относительности // Современные инновации, 2016. № 2 (4). С. 4-5.

3. Гибадуллин А. А. Динамическое пространство с неопределенностями // International scientific review, 2016. № 13 (23). С. 16-17.

4. Гибадуллин А. А. Квантовая решетка в многовременном пространстве // European research, 2016. № 8 (19). С. 17-18.