Научная статья на тему 'Перезаряжаемая работа лития в системах с полимерными электролитами на основе ХПВХ и ПВдФ'

Перезаряжаемая работа лития в системах с полимерными электролитами на основе ХПВХ и ПВдФ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
194
59
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Коломоец О. В., Максюта И. М., Черваков О. В., Шембель Е. М.

Электрохимическое поведение Li в системах с полимерными электролитами (ПЭ) на основе хлорированного поливинилхло-рпда (ХПВХ) и поливинилиденфторида (ПВДФ) исследовано методами циклической вольтамперометрии и гальваностатического циклирования. Потенциодинамические исследования показали, что на литиевом электроде в системах с полимерным электролитом реализуются высокие плотности тока до 5 мА/см2. Исследовано влияние состава полимерного электролита на свойства границы Li/электролит и обратимую работу литиевого электрода. Разработанные ПЭ испытаны в экспериментальных образцах источников тока системы Li-LiMn2O4 и Li-MnO2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Коломоец О. В., Максюта И. М., Черваков О. В., Шембель Е. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Lithium rechargeable work in the systems with polymer electrolytes based on C-PVC and PVDE

Electrochemical behavior of Li in the systems with PE based on polymers of chlorinated polyvinylchloride and polyvinylidene fluoride were investigated by the method of cyclic voltammetry and galvanostatic cycling. Potentiodynamic investigations have shown that on lithium electrode even in the systems with polymer electrolyte the high current densities up to 5 mA/cm2 are realized. Influence of polymer electrolyte composition on the properties of the interface Li/electrolyte and rechargeable work of lithium electrode has been shown. The developed PE have been tested in the pilot prototypes of power sources of the system Li-LiMn2O4 и Li-МnO2.

Текст научной работы на тему «Перезаряжаемая работа лития в системах с полимерными электролитами на основе ХПВХ и ПВдФ»

УДК 544.6.018

ПЕРЕЗАРЯЖАЕМАЯ РАБОТА ЛИТИЯ В СИСТЕМАХ С ПОЛИМЕРНЫМИ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ

НА ОСНОВЕ ХПВХ И ПВДФ

О. В. Коломоец1, И. М. Максюта1, O. В. Черваков1, E. M. Шембель2

1 Украинский государственный химико-технологическийуниверситет, г. Днепропетровск, Украина

2 Enerize. Corp, Coral Springs, FL, USA

Поступила в редакцию 14.11.07 г.

Электрохимическое поведение Li в системах с полимерными электролитами (ПЭ) на основе хлорированного поливинилхло-рида (ХПВХ) и поливинилиденфторида (ПВДФ) исследовано методами циклической вольтамперометрии и гальваностатического циклирования. Потенциодинамические исследования показали, что на литиевом электроде в системах с полимерным электролитом реализуются высокие плотности тока до 5 мА/см2. Исследовано влияние состава полимерного электролита на свойства границы Li/электролит и обратимую работу литиевого электрода. Разработанные ПЭ испытаны в экспериментальных образцах источников тока системы Li-LiMn2O4 и Li-MnO2.

Electrochemical behavior of Li in the systems with PE based on polymers of chlorinated polyvinylchloride and polyvinylidene fluoride were investigated by the method of cyclic voltammetry and galvanostatic cycling. Potentiodynamic investigations have shown that on lithium electrode even in the systems with polymer electrolyte the high current densities up to 5 mA/cm2 are realized. Influence of polymer electrolyte composition on the properties of the interface Li/electrolyte and rechargeable work of lithium electrode has been shown. The developed PE have been tested in the pilot prototypes of power sources of the system Li-LiMn2O4 и Li-MnO2.

ВВЕДЕНИЕ

Литиевые батареи занимают лидирующую позицию среди высокоэнергоёмких источников тока, применяемых в ответственных устройствах.

Вторичные источники тока с металлическим литием обладают преимуществами по сравнению с литий-ионными батареями поскольку:

1) вместо интеркалационных соединений графита используется активный металлических литий, теоретическая разрядная удельная емкость которого составляет 3860 мА-ч/г, что на порядок превышает емкость интеркалированного графита; 2) используемые с литиевым анодом катодные материалы на основе оксидов (Мп02, Мо03) и сульфидов (Бе82) имеют удельные разрядные характеристики в 2—3 раза выше по сравнению с катодными материалами в литий-ионных батареях (ЫСо02), что обеспечивает более высокую энергоёмкость батареи; 3) простота и технологичность изготовления литиевых электродов, хорошо освоенных производителями первичных источников тока, обусловливают поиск возможных путей разработки обратимых электродов на основе металлического лития.

Основными проблемами, связанными с использованием металлического лития в качестве анода перезаряжаемых батарей, являются дендритообра-зование при катодном осаждении лития и низкая эффективность циклирования катодно осаждённого лития [1]. При многократных зарядно-разрядных циклах пассивная плёнка (ПП) полностью обволакивает отдельные микрочастицы осаждаемого лития, предотвращая их электронный контакт с основой. Это

ухудшает качество осадка и приводит к тому, что при каждом заряде часть осажденного лития выбывает из дальнейшей работы. В связи с этим явлением (инкапсулирование) приходится закладывать в элемент избыточное, по сравнению со стехиометрическим, количество лития. Это приводит к уменьшению эффективной удельной ёмкости источника тока в расчете как на массу, так и на объем [2, 3]. Несмотря на большой интерес к перезаряжаемым химическим источникам тока (ХИТ) с металлическим литиевым анодом, задача высокой циклируемости литиевого анода еще не решена.

Как известно, литиевый электрод в контакте с электролитом покрывается пассивной плёнкой, состоящей из продуктов взаимодействия со средой. Первичная пленка на поверхности лития образуется еще в газовой атмосфере. Вторичная пленка начинает расти при контакте лития с электролитом. Плотный слой первичной плёнки преимущественно состоит из неорганических соединений лития. Вторичная пленка более рыхлая и включает органические соединения, например, продукты взаимодействия лития с компонентами полимерного электролита и апротон-ного растворителя.

Разработка литиевых источников тока с полимерными электролитами (ПЭ) является перспективным направлением, поскольку ПЭ позволяет предотвратить рост дендритов, продлить циклируемость литиевой батареи, обеспечить безопасность литиевых ХИТ.

Целью данной работы являлось исследование влияния состава полимерного электролита и режи-

© О. В. КОЛОМОЕЦ, И. М. МАКСЮТА, O. В. ЧЕРВАКОВ, E. M. ШЕМБЕЛЬ, 2008

ма процесса гальваностатического циклирования на обратимость литиевого электрода.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Проведены исследования систем с пластифицированными ПЭ на основе низкокристалличных полимеров хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ) и поливинилиденфторида (ПВДФ-HFP 21508 Solvey, Бельгия).

Пластифицированный полимерный электролит на базе поливинилхлорида, модифицированного методом хлорирования, разработан авторами [4, 5]. Хлорированный ПВХ представляет собой практически аморфный продукт. Он обладает повышенной способностью растворяться во многих органических растворителях (ацетоне или его смесях с толуолом, ксилолом, эфирах и др.)

Пропиленкарбонат (ПК) (Aнгарск, Россия), 1.3-диоксолан (ДОЛ) («Merck») были использованы как компоненты электролитов. В качестве литиевой соли использовались LiCЮ4(«Иодобром», Саки, Украина), LiBF4, LiAsF6 («Advance Research Chemicals Inc.»), LiCF3SO3 («Aldrich»), LiN(CF3S02)2 («3М», Канада).

Эксперименты проводились в герметичных фторопластовых трёхэлектродных ячейках. Все три электрода (рабочий, вспомогательный и сравнения) — литиевые.

Методом электродного импеданса исследовали границу литий / полимерный электролит c использованием многофункционального прибора Voltalab PGZ 301. Импедансные измерения осуществлялись в диапазоне частот от 0.1 до 200.0 кГц, амплитуда переменного напряжения составляла 5 мВ. Годографы 1/(ю ■ Cs) — Rs имеют вид полуокружности с центром ниже оси абсцисс и показывают, как изменяется активная и емкостная составляющие полного

импеданса в широкой области частот. Сопротивление пассивирующей пленки на поверхности лития определяли по величине диаметра окружности, который отсекает годограф на оси абсцисс.

Использование трёхэлектродной схемы исключает влияние вспомогательного электрода и объёма электролита на величину измеренного импеданса исследуемого электрода.

Электрохимическое поведение Li в системах с ПЭ было исследовано методами циклической вольт-амперометрии и гальваностатического циклирова-ния в трёхэлектродных ячейках. Гальваностатическое циклирование осуществлялось таким образом, чтобы количества электричества на стадии осаждения и стадии растворения были одинаковы = Qк). Плотность тока /'к = iA = 50 мкА/см2. Поляризация осуществлялась при помощи многофункционального прибора ШЫаЬ PGZ 301.

Испытания лабораторных макетов литиевых аккумуляторов проводились в гальваностатическом режиме с использованием автоматического стенда циклирования с компьютерной обработкой данных. Электродный блок запаивается в алюминиевую фольгу, ламинированную полимерной пленкой, и представляет собой расположенные друг напротив друга рабочий и вспомогательный электроды, нанесенные на токосъёмники диаметром 18 мм. Электроды разделены пленкой полимерного электролита. Рядом с электродным блоком расположен литиевый электрод сравнения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Импедансные измерения

Перспективными представляются электролиты на основе низкокристалличных полимеров ХПВХ

Таблица 1

Влияние состава полимерного электролита на его электропроводность

Состав электролита Соотношение, мас.% а ■ 103,См/см

ХПВХ:ПК: LiAsF6 1:5:0.49 2.84

ХПВХ:ПК:т(СР3802)2 1:5:0.72 2.80

ХПВХ:ПК^СЮ4 1:5:0.26 2.25

ХПВХ:ПК:LiBF4 1:5:0.23 2.00

ХПВХ:ПК^^^03 1:5:0.39 1.54

ХПВХ:ПК: 1,3-диоксолан:LiAsF6 1 3.5:1.5:0.49 2.18

ХПВХ:ПК:1,3-диоксолан^М^^02)2 1 3.5:1.5:0.72 1.53

ХПВХ:ПК: 1,3-диоксолан^СЮ4 1 3.5:1.5:0.26 1.20

ПВДФ:ПК: 1,3-диоксолан^ьА^6 1 3.5:1.5:0.49 3.16

ПВДФ :ПК: 1,3-диоксолан^К^3 S02 )2 1 3.5:1.5:0.72 1.58

ПВДФ:ПК: 1,3-диоксолан^СЮ4 1 3.5:1.5:0.26 1.40

Примечание. 0.5 М раствор соли в пластификаторе ПК или смеси пластификаторов ПК: 1,3-диоксолан (70:30).

и ПВДФ. Предварительно были определены проводимости следующих полимерных электролитов в симметричной системе №-ПЭ-№ (табл. 1).

Как видно, электропроводность полимерных электролитов достаточно высока и удовлетворяет требованиям, предъявляемым к литиевым источникам тока. В зависимости от типа литиевой соли в составе ПЭ величина электропроводности уменьшается в ряду ЫЛ8Р6 > О^ОгСРзЬ > Ь1С104 > ЫБР4 > > ЫСБз ВОз, что соответствует литературным данным для жидких электролитов [6].

Поскольку свойства ПП на поверхности лития зависят от состава электролитных систем, важно исследовать влияние состава разработанных ПЭ на свойства границы О/электролит и на работоспособность литиевого электрода при его циклировании.

Активное сопротивление ПП в электролите на основе ХПВХ составляет 150^280 Ом/см2 (рис. 1). Это соизмеримо с сопротивлением ПП в системах с жидким электролитом и не вызывает провала напряжения в элементе. Влияние природы литиевой соли на проводимость ПП аналогично влиянию на проводимость полимерного электролита.

г, ч

Рис.1. Изменение сопротивления пассивной плёнки на литии в системах с полимерным электролитом при хранении (температура +25 °С, Площадь Ь1-электрода 4 см2): 1 — ХПВХ:ПК:ДОЛ: т(СР3802)2, 2 — ХПВХ:ПК:ДОЛ: Ь1СЮ4, 3 — ХПВХ:ПК:ДОЛ: ЫАбБ^ 4 — ПВдФ:ПК:ДОЛ: Ь1К(СБ3В02)2, 5 — ПВдФ:ПК:ДОЛ: Ь1С104, 6 — ПВдФ:ПК:ДОЛ: Ь1Л8Б6

Такое соответствие, возможно, обусловлено тем, что в начальный момент времени пассивирующая плёнка достаточно пористая и проводимость её в большей степени определяется электролитом, содержащимся в порах плёнки. Контакт лития с ПЭ осуществляется за счет избытка жидкой фазы. Приведенная последовательность зависимости проводимости пассивной плёнки от природы соли в составе ПЭ может меняться. Это связано тем, что в процессе хранения меняется толщина плёнки, её состав и концентрация в ней носителей заряда.

Полимерная матрица также влияет на свойства пассивирующей пленки на литии. Полимерная матрица обладает реакционной активностью по отношению к литию. Если сравнить системы с полимерным электролитом, имеющие одинаковый состав растворителей и соли, но отличающиеся только полимерной матрицей, то видно (см. рис. 1), что при длительном хранении системы Li-Li с полимерным электролитом на основе ПВДФ электрическое сопротивление пассивной пленки на литии значительно меньше, чем в системах с ПЭ на основе ХПВХ. Хлорированный поливинилхлорид является более реакционным по отношению к литию, чем ПВДФ.

В настоящее время еще нет достаточно данных, чтобы понять, положительное или отрицательное влияние оказывает реакционная способность полимерной матрицы на работоспособность лития в перезаряжаемых системах. Тонкая ПП с низким сопротивлением может свидетельствовать о постоянной коррозии лития в полимерном электролите. Слишком толстая пленка, обладающая большим сопротивлением, приведет к значительному падению напряжения при разряде источника тока. Проведенные нами исследования и испытания образцов литиевых источников тока показали, что в данных исследованных полимерных электролитах свойства образующейся пленки удовлетворяют предъявляемым требованиям. Таким образом, данные полимерные электролиты могут быть использованы в источниках тока с литиевых анодом.

Потенциодинамические исследования литиевого электрода

Скоростьопределяющей стадией процесса растворения-осаждения лития является стадия миграции катиона лития через слой пассивной плёнки, покрывающей электрод.

Поток разряжающихся ионов не разрушает плёнку, пока его скорость не превысит некоторого предела [7].

Потенциодинамические исследования показали, что на свежем литиевом электроде в системах с ПЭ реализуются высокие плотности тока до 5 мА/см2 (в диапазоне потенциалов + 500 — 300 мВ, скорость развёртки 2 мВ/с) (рис.2). Кривые остаются линейными вплоть до ±75 мВ, а далее наблюдается гистерезис. Кривая каждого следующего цикла на стадии растворения лития не повторяет предыдущую кривую. Возможно, что при плотностях тока, соответствующих данным величинам поляризации, заторможен отвод ионов лития от поверхности электрода в глубь электролита.

I, А 0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

1-й цикл

I, А

6.0 х 104.0 х 102.0 х 100.0 х 10-2.0 х 10-4.0 х 10-6.0 х 10-

-3

-2 -1

0

1

2

3

4

5

6

Еи,В

Рис. 2. Потенциодинамические характеристики процесса растворения — осаждения лития в системе с ПЭ ХПВХ,ПК, Ь1М(СРз8О2)2- Свежесобранная система. Скорость развёртки 2 мВ-с-1

Поскольку реальные ХИТ работают при более низких плотностях тока (ограничения по работоспособности катода), эффект ограничений по отводу катионов лития от поверхности анода не будет наблюдаться. В то же время возможны процессы реструктуризации пассивной пленки во времени.

Проведенные исследования показали, что в данных полимерных электролитах поведение литиевого электрода обратимо при низких значениях поляризации. Резкое возрастание тока свидетельствует о разрушении только что сформированной пассивной плёнки. Незащищённая поверхность литиевого электрода очень активна. Наблюдаемый гистерезис свидетельствует о продолжении процесса формирования вторичной пассивной плёнки. Явный гистерезис характерен только для свежесобранных систем, когда пассивная плёнка очень тонкая и легко разрушается (небольшое время контакта лития с электролитом) (см. рис. 2).

На рис. 3 показано влияние хранения системы на кинетику процессов, протекающих на литиевом электроде. В случае электрода, на котором уже сформировалась пассивная плёнка с достаточными защитными свойствами, гистерезис не наблюдается. В первые два дня хранения кривые остаются линейными вплоть до ±100 мВ. Изменение наклона кривой связано с растрескиванием плёнки в связи с высоким концентрационным перенапряжением. На 7-е сутки хранения вольт-амперная зависимость линейна вплоть до 500 мВ.

В результате можно сделать вывод, что хранение лития в системах с исследуемыми ПЭ позволяет сформировать пассивную плёнку, обладающую достаточными электрохимическими и механическими свойствами для обеспечения стабильных поляризационных характеристик литиевого электрода.

-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Ей, В

Рис. 3. Потенциодинамические характеристики процесса растворения — осаждения лития в системе с ПЭ ХПВХ, ПК, Ь1М(СБз8О2)2. Скорость развёртки 2 мВ-с-1. Цифры на кривых — время хранения системы в днях

Гальваностатические исследования литиевого электрода

Основное требование, предъявляемое к аноду литиевого источника тока, это стабильные заряд-разрядные характеристики с низкой поляризацией на литиевом электроде при длительном циклировании. Нестабильность поляризации литиевого электрода при гальваностатическом циклировании приведет к деградации разрядной емкости элемента. Увеличение поляризации лития при его осаждении приводит к недозаряду элемента, поскольку процесс ведется до заданного конечного напряжения заряда.

Весьма важно, что при малых токах поляризации, которые реализуются, например, в ХИТ с твердофазным катодом (/ = 0.8 мА/см2), возможно установление стационарного состояния, когда скорость анодного окисления лития и скорость переноса ионов лития через пленку практически равны. Соответственно гальваностатическая Е-т кривая имеет монотонный горизонтальный характер в системах с исследуемыми ПЭ.

В данной работе было изучено изменение свойств границы раздела литий/полимерный электролит в течение многократных разряд-зарядных циклов. Исследования Ы-анода в контакте с полимерным электролитом показали, что на стадии катодного осаждения и анодного растворения лития поляризация электрода практически постоянна при циклировании в течение первых ста циклов. При этом кривые изменения потенциала рабочего электрода на стадиях растворения и осаждения лития примерно симметричны. Рост поляризации в течение полуцикла составляет

4

4

4

около 5 мВ. При дальнейшем циклировании симметрия нарушается. Так, для электролита с ЫСЮ4 поляризация при анодном растворении (15 мВ) лития ниже поляризации, которая наблюдается при осаждении (48 мВ). В случае ЫСБз80з литий обратимо циклиру-ется при близких значениях поляризации на катодном и анодном полуциклах (~ 45 мВ в течение 450 циклов) (¡к = ¡л = 50 мкА/см2, QЛ = Qк = 14 мкА-ч).

Эффективность циклирования осадков лития изучалась в зависимости от природы соли в составе полимерного электролита. Полученные результаты демонстрируют достаточно стабильную перезаряжаемую работу литиевого электрода в течение 600 циклов. В начале циклирования значения катодной и анодной поляризации литиевого электрода практически не зависят от природы соли в составе ПЭ.

При более длительном циклировании величина поляризации при катодном осаждении и анодном растворении (более 1000 циклов) растёт, что связано с увеличением сопротивления слоя осаждённого лития. Здесь можно выделить следующий ряд, в котором при одинаковом коэффициенте использования металлического лития поляризация Ы-электрода будет расти в ряду солей, использованных в составе ПЭ: ЫСЮ4 < ЬШ(СБз802)2 < Ь1СБз80з < ЫЛвБб (рис. 4). Можно предположить, что это обусловлено морфологией полученного осадка от циклированного лития. Таким образом, природа литиевой соли, используемой в составе полимерного электролита, определяет длительность циклирования литиевого электрода.

Еи, мВ

0 200 400 600 800 1000 1200

Номер цикла

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 4. Зависимость анодной (1—4) и катодной (1'—4') поляризации литиевого электрода от длительности циклирования в системах с ПЭ на основе ХПВХ, ПК с солями: 1 - Ь1С104, 2 — Ь1СБз80з, 3 — ЫМ(СБз 802)2, 4 — Ь1Л8Б6

В случае использования данных ПЭ рост поляризации катодного процесса выше, чем анодного. В течение длительного циклирования рост поляризации Ы-электрода, возможно, связан с формированием губчатого слоя катодно осаждённого лития, в порах

которого отсутствует жидкофазный контакт. На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что использование солей имида и перхлората лития в составе ПЭ наиболее удачно, поскольку увеличивает стабильность и длительность перезаряжаемой работы литиевого анода и всего источника тока в целом. Использование ЫЛ8Бб не дало ожидаемых результатов улучшения циклируемости лития.

На рис. 5 приведены результаты исследования влияния условий циклирования на перезаряжаемую работу лития в системе с ПЭ. Показано изменение поляризации Ы-электрода в зависимости от номера цикла для двух режимов, когда плотность тока была одинаковой (50 мкА/см2), а длительность цикла отличалась в 5 раз. Видно, что увеличение длительности циклирования приводит к значительному росту поляризации катодного процесса. Это, возможно, обусловлено тем, что с повышением глубины циклирования растёт толщина губчатого слоя осаждённого лития.

Номер цикла

а

б

Рис. 5. Влияние глубины циклирования на поляризационные характеристики литиевого электрода. ¡л = ¡к = 50 мкА/см2. Длительность цикла: а — 2000 с; б — 10000 с

Исследования импеданса в процессе цитирования

Скоростьопределяющей стадией процесса растворения-осаждения лития является стадия миграции катиона лития по объёму пассивной плёнки, покрывающей электрод. Поэтому сопротивление границы раздела Ы/ПЭ отождествляют с сопротивлением пассивной плёнки [6].

Импедансные измерения границы Ы/ПЭ в процессе циклирования показали (рис. 6), что на протяжении 500 циклов активная и емкостная составляющие импеданса меняются незначительно. Рост поляризации литиевого электрода (до 200 мВ), коррелирует с ростом сопротивления границы раздела фаз Ы/ПЭ (табл. 2).

1/(» • С), Ом-см2

200 г

100 200 300 400 500 600 700 800

Я, Ом-см2

Рис. 6. Изменение импеданса границы Ы/полимерный электролит Х-ПВХ, ПК, 0.5М Ь1С1О4 при циклировании (после стадии растворения лития): 1 — 52-й так везде цикл; 2 — 94-й цикл; 3 — 183-й цикл; 4 — 373-й цикл; 5 — 500-й цикл; 6 — 800-й цикл

Таблица 2

Сопоставление поляризации Ы -электрода в процессе растворения-осаждения (гальваностатические исследования) с омическим сопротивлением пассивной плёнки (импеданс)

N цикла Ераств(Ь1), мВ Еосажд(Ь1), мВ Япп, Ом-см2 1/» • С, Ом-см2

52 8 -32 443 391

94 10 -33 465 457

183 12 -34 481 446

373 13 -40 503 490

500 15 -43 571 580

800 18 -82 654 740

Примечание. Ераств(Ы1) и Еосажд(Ы1) поляризация литиевого электрода при гальваностатическом растворении и осаждении, Япп-сопротивление границы раздела О/ПЭ по данным импеданс-ных исследований, 1/» • С - реактивное сопротивление.

Испытания прототипов Li/полимерных источников тока

Обратимая работа литиевого электрода с разработанными ПЭ дополнительно оценивалась в экспериментальных образцах дисковых источников тока

(габарит 2016) системы Ы-ЫМп2О4 и Ы-МпО2. Важно было установить, что разработанные электролиты работоспособны не только с литием, но и с другими электродными материалами в макетах источников тока. Установлено, что литиевые источники тока с ПЭ на основе ПВДФ с использованием соли Ы^СБ^ОгЬ работают наиболее эффективно.

Коэффициент увеличения ёмкости анода по сравнению с заложенным количеством лития в зависимости от используемого в системе полимерного электролита возрастает в ряду (ХПВХ, ПК, ЫС1О4) < < (ХПВХ, ПК-Дол, Ы^СТ^Ог^) < (ПВДФ, ПК, ЫС1О4) < (ПВДФ, ПК-Дол, ЫМ(СРз8О2)2). Этот ряд несколько отличается от приведенного выше, где литий циклировался в системах с тремя литиевыми электродами. Очевидно, здесь оказывает влияние материал катода.

Проведенные исследования показали хорошую работоспособность источников тока с полимерными электролитами с достаточно высокими удельными характеристиками катодов 100 мА-ч/г (ЫМП2О4) и 180 мА-ч/г (МпО2).

В отличие от систем с жидким электролитом полимер успешно препятствует дендритообразованию, случаи короткого замыкания в процессе циклирова-ния не наблюдались.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты подтверждают перспективность предложенных полимерных электролитов, работоспособных в литиевых источниках тока при комнатных температурах.

ПЭ на основе ХПВХ при одинаковом составе солей и пластификаторов значительнее пассивируют литий, чем ПЭ на основе ПВДФ.

В исследуемых электролитах образуется пассивная пленка, обеспечивающая стабильность гальваностатических характеристик Ы-электрода с низкой поляризацией в течение длительного циклирова-ния.

В зависимости от состава ПЭ коэффициент использования лития в источниках тока возрастает в ряду (ХПВХ, ПК, ЫС1О4) < (ХПВХ, ПК-Дол, Ы^СБ^ОгЬ) < (ПВДФ, ПК, ЫС1О4) < (ПВДФ, ПК-Дол, ЫМ(СРз8О2)2).

Проведенные исследования показали эффективную работу источников тока с полимерными электролитами с достаточно высокими удельными характеристиками 100 мА-ч/г (ЫМп2О4) и 180 мА-ч/г (МпО2).

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и образования Украины (кон-тракт№42010190), компанииИнтер-Интел (США).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Srinivasana V, LippbL.// J. Electrochem. Soc. 2003. Vol.150.

P. K15.

2. Aurbach D., Zinigrad E., Teller H., Cohen Y, Salitra G., Yamin H., Dan P., Elster E. // J. Electrochem. Soc. 2002.Vol.149. P. A1267.

3. Appetecchi G.B., Scaccia S., Passorini S.// J. Electrochem. Soc. 2000. Vol.144. P.L136.

4. Pat. US2003031933 USA, МКИ H01B1/12; H01M10/40. Solid polymer electrolyte lithium battery.

5. Черваков O.В., Шембель E.M., Недужко Л. И., Гло-ба Н. И., Коломоец О. В., Новак П., Мешри Д. // Электрохимия. 2004. Т.41, №5. С.578.

6. Webber A. //J. Electrochem. Soc. 1991.Vol. 138, №. 9.

Р.2586.

7. Шембель Е.М., Максюта И. М., Ксенжек О. С. // Электрохимия.1985. Т.21.№8. С.1016.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.