Научная статья на тему 'Сравнение традиционных органических растворителей с эфирами фосфорной кислоты в литий-ионных и суперконденсаторных системах'

Сравнение традиционных органических растворителей с эфирами фосфорной кислоты в литий-ионных и суперконденсаторных системах Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
651
142
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭФИРЫ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ / ЛИТИЙ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР / СУПЕРКОНДЕНСАТОР / ЭЛЕКТРОЛИТЫ / ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ / ТРИМЕТИЛФОСФАТ / ТРИЭТИЛФОСФАТ / ТРИБУТИЛФОСФАТ

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Микрюкова М.А., Агафонов Д.В.

Работа посвящена исследованию эфиров фосфорной кислоты в качестве растворителей для электролитов литий-ионных систем и суперконденсаторов (СК). Измерена электропроводность электролитов на основе эфиров фосфорной кислоты, солей лития, традиционно использующихся в технологии литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и солей, используемых в технологии СК. Проведена оценка термодинамической устойчивости новых электролитов в сравнении с другими растворителями, применяемыми в химических источниках тока. Показано, что термодинамическая устойчивость эфиров фосфорной кислоты увеличивается в гомологическом ряду. Были изучены электрохимические характеристики макетов ЛИА и СК на основе исследуемых электролитов. Макеты СК с электролитами на основе триметилфосфата и триэтилфосфата показали электрохимические характеристики, сравнимые с таковыми для стандартных электролитов, например, на основе пропиленкарбоната или ацетонитрила. Макеты ЛИА (система LiFePO4 Li4Ti5O12) тоже показали хорошую работоспособность.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Микрюкова М.А., Агафонов Д.В.

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

Текст научной работы на тему «Сравнение традиционных органических растворителей с эфирами фосфорной кислоты в литий-ионных и суперконденсаторных системах»

УДК 544.643

СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ С ЭФИРАМИ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ В ЛИТИЙ-ИОННЫХ И СУПЕРКОНДЕНСАТОРНЫХ СИСТЕМАХ

М. А. Микрюковаи, Д. В. Агафонов

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Россия, Санкт-Петербург, Московский проспект, 26

и E-mail: mma@lti-gti.ru Поступила в редакцию 14.09.15 г.

Работа посвящена исследованию эфиров фосфорной кислоты в качестве растворителей для электролитов литий-ионных систем и суперконденсаторов (СК). Измерена электропроводность электролитов на основе эфиров фосфорной кислоты, солей лития, традиционно использующихся в технологии литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) и солей, используемых в технологии СК. Проведена оценка термодинамической устойчивости новых электролитов в сравнении с другими растворителями, применяемыми в химических источниках тока. Показано, что термодинамическая устойчивость эфиров фосфорной кислоты увеличивается в гомологическом ряду. Были изучены электрохимические характеристики макетов ЛИА и СК на основе исследуемых электролитов. Макеты СК с электролитами на основе триметилфосфата и триэтилфосфата показали электрохимические характеристики, сравнимые с таковыми для стандартных электролитов, например, на основе пропиленкарбоната или ацетонитрила. Макеты ЛИА (система LiFePO4 - LÍ4TÍ5O12) тоже показали хорошую работоспособность.

Ключевые слова: эфиры фосфорной кислоты, литий-ионный аккумулятор, суперконденсатор, электролиты, электропроводность, триметилфосфат, триэтилфосфат, трибутилфосфат.

COMPARISON OF TRADITIONAL ORGANIC SOLVENTS WITH PHOSPHORIC ACID ESTERS IN LITHIUM-ION AND SUPERCAPACITOR TECHNOLOGIES

M. A. Mikryukova и, D. V. Agafonov

St.-Petersburg State Technological Institute (Technical University) 26 Moskovsky ave., Saint-Petersburg, 190013, Russia

и E-mail: mma@lti-gti.ru Received 14.09.15

This work is dedicated to phosphoric acid esters working as solvents for lithium-ion and supercapacitor (SC) electrolyte. The electrical conductivity of electrolytes based on phosphoric acid esters, lithium salts, commonly used in lithium-ion batteries (LIB), and salts used in SC technology was measured. The thermodynamic stability of new electrolytes in comparison with other solvents used in chemical power sources technology was also estimated. It was shown that the thermodynamic stability of phosphoric acid ester increases in a homologous series. The electrochemical characteristics of LIB and the SC based on electrolytes being studied were investigated. Coin supercapacitors based on trimethyl phosphate and triethyl phosphate showed fine electrochemical performance comparable with standard electrolytes based on propylene carbonate or acetonitrile. LIB (LiFePO4 - Li4Ti5O12) also showed good performance.

Key words: phosphoric acid esters, lithium-ion battery, supercapacitor, electrolytes, conductivity, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tributyl phosphate.

ВВЕДЕНИЕ

Суперконденсаторы на основе органических растворителей (ацетонитрил, пропиленкарбонат (ПК)) имеют достаточно широкое применение - от портативных электронных устройств до гибридных электротранспортных средств и крупногабаритного промышленного оборудования. Главной отличительной особенностью конденсаторов двойного электрического слоя является их способность быстро отдавать запасённую энергию, высокая допустимая мощность, эффективность заряда/разряда и продолжительный жизненный цикл. Устройства на основе органических электролитов имеют большое преимущество перед водными - рабочее напряжение

водных систем, как правило, 0.8 В, в то время как СК с органическими электролитами работают при напряжении 2.8 В. В последнее время в качестве электролитов для СК широко распространены ионные жидкости, представляющие собой сложные соединения на основе имидазолия или пиролидония. Подобные электролиты имеют достаточно широкий диапазон рабочих напряжений, однако электропроводность ионных жидкостей невелика, кроме того, высокая вязкость затрудняет проникновение электролита в поры, следовательно, поверхность контакта электролита и электрода уменьшается.

Эфиры фосфорной кислоты являются широко используемыми в промышленности растворителями, однако области их применения, как правило, далеки

© МИКРЮКОВА М. А., АГАФОНОВ Д. В., 2015

от химических источников тока (в частности, экстракция при переработке ядерного топлива, гидрометаллургия цветных, редких, редкоземельных металлов, пластификаторы в технологии пластмасс и т.д.). Данные об использовании этих соединений (в частности, триметилфосфата и триэтилфосфата) в технологии ХИТ относятся в основном к противопожарным добавкам к электролиту на основе карбонатов для литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) [1, 2].

Использование эфиров фосфорной кислоты в качестве растворителей для электролитов СК и ЛИА позволит расширить диапазон рабочих напряжений устройства, что является крайне значимым с практической точки зрения:

- увеличивается запасаемая энергия,

- более широкое, чем у классических электролитов ХИТ, окно термодинамической устойчивости даст возможность применения более сильных окислителей.

Как известно, разработка новых катодных материалов ЛИА (например, на основе смешанных оксидов) ограничена потенциалами разложения электролита. фиры фосфорной кислоты - достаточно устойчивые соединения с низкой температурой замерзания. Особенно важно для технологии ХИТ такое свойство, как негорючесть (ацетонитрил, например, является пожароопасным соединением); некоторые эфиры фосфорной кислоты применяются как пожаробезопасные пластификаторы и пламяподавля-ющие агенты [3].

В качестве растворителей для ЛИА и СК исследуются электролиты на основе триметилфосфа-та (ТМФ), триэтилфосфата (ТЭФ), трибутилфосфата (ТБФ). Данная работа является продолжением эксперимента, описанного в [4].

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Одна из главных трудностей работы с материалами для ЛИА и СК - тщательная осушка всех компонентов. Кроме влияния на устойчивость работы самих элементов ХИТ, минимальные количества влаги также изменяют и параметры электролита, например, электропроводность и напряжение разложения. Поэтому осушке компонентов электролита перед приготовлением раствора необходимо уделить особое внимание. В данной работе для осушки солей использовалась лиофильная сушка. Влага из соли удалялась путём откачки динамическим вакуумом при очень низкой температуре. Такой метод существенно превосходит по своим возможностям (глубина осушки) классическую вакуумную осушку, традиционно применяемую в технологии ЛИА и СК. Все растворители, используемые в работе,

подвергались двойной перегонке. Перед перегонкой растворители выдерживались над натрием для удаления следов воды и прочих примесей (например, кислых остатков). Сами электролиты также готовились в «сухой камере».

Для изучения электропроводности исследуемых растворов использовался лабораторный кондуктометр фирмы METTLER TOLEDO c кондуктомет-рическим датчиком InLab 710, предназначенным для органических растворов. Измерения также проводились в сухом боксе. Для определения напряжения разложения электролитов на основе эфиров фосфорной кислоты использовался метод хроновольт-амперометрии. Работа выполнялась в стандартной трёхэлектродной ячейке, рабочий и вспомогательный электроды - платина, электрод сравнения - металлический литий. Заранее перед снятием вольт-амперных характеристик, а также в течение всего эксперимента через исследуемый электролит пропускался инертный газ (гелий).

Для изучения электрохимического поведения ЛИА и СК с электролитами на основе эфиров фосфорной кислоты производилась сборка макетов в корпусах CR2032. Подробно методика приготовления активных масс, изготовления электродов и сборки макетов представлена в работе [4]. Собранные макеты подвергались хроновольтамперметрическим испытаниям (потенциостат-гальваностат ELINS), а также гальваностатическому циклированию на зарядно-разрядном стенде LAND. Испытания макетов велись при комнатной температуре.

В качестве электродного материала использовались активированные угли фирмы Norit и Kuraray -для макетов суперконденсаторов, а также Li4TisO12, LiFePO4, синтезированные на кафедре технологии электрохимических производств Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Термодинамическая устойчивость

Эфиры фосфорной кислоты не принадлежат к числу апротонных диполярных растворителей (АДР), широко используемых в технологии ЛИА и СК. Как видно из рис. 1, исследуемые растворители имеют достаточно широкое окно термодинамической устойчивости.

Рост тока при катодной поляризации относится к осаждению на платине металлического лития. При анодной поляризации ток остаётся минимальным в достаточно широком диапазоне. Это и есть рабочее окно напряжений, которое будет определять

удельную энергию устройства. Напряжение, соответствующее резкому изменению силы тока при анодной поляризации, является напряжением разложения электролита. В предыдущих публикациях нами уже было показано, что на платиновых электродах электролит на основе трибутилфосфата разлагается при напряжении более высоком, по сравнению с электролитом на основе пропиленкарбоната [4].

и 8

40

20 -

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Напряжение (отн. Li), мВ

Рис. 1. Вольт-амперные характеристики раствора электролита на основе исследуемых растворителей

Из результатов эксперимента следует, что электролиты на основе трибутилфосфата и триэтилфос-фата разлагаются при напряжениях более высоких, чем традиционно используемый в технологии СК пропиленкарбонат. Из вольт-амперных кривых видна зависимость между напряжением разложения и длиной радикальной цепи в эфирах фосфорной кислоты: с удлинением алкильной цепи увеличивается устойчивость растворителя. Кроме того, возможно, что резкое возрастание тока при высоких потенциалах связано не только с растворителем, но и с разложением аниона BF- [5].

В представленной зависимости не наблюдается существенных различий между триметилфосфатом и пропиленкарбонатом. По всей видимости, это связано с каталитической активностью платины в отношении процессов окисления. Эфиры фосфорной кислоты, по нашим данным, не окисляются даже такими сильными окислителями, как SOз, который осмоляет все АДР, используемые в технологии литиевых ХИТ. Для проверки устойчивости электролитов в реальных системах были собраны макеты СК, которые подверглись испытаниям при повышенных напряжениях (рис. 2).

Обычные СК на основе органических растворителей циклируются от 0 В до 2.5-2.8 В. При более высоких значениях могут проходить необратимые

процессы окисления компонентов электролита. При превышении напряжения более 3 В на некоторых макетах, судя по повышению тока, начинают протекать побочные процессы, связанные, по-видимому, с разложением растворителя. Наиболее пологие вольт-амперные характеристики наблюдаются для макетов с ТБФ, что говорит о высокой устойчивости данного растворителя к окислению. Также исходя из формы кривых можно предположить недостаточное смачивание пор активированного угля трибутилфос-фатом, вследствие, вероятно, его повышенной вязкости (3.37 сП). Экспериментальные данные по макету с триметилфосфатом близки к данным, полученным для пропиленкарбоната, однако при напряжениях меньше 4 В кривые для макета с ТМФ более пологие. Это говорит о том, что триметилфосфат термодинамически более устойчив (на электродах из активированного угля), нежели ПК. В целом результаты, полученные на электродах из активированного угля, коррелируют с результатами, полученными при исследовании напряжений разложения электролита на платине, - можно предположить, что термодинамическая устойчивость растворителя увеличивается в гомологическом ряду. Эфиры фосфорной кислоты обладают достаточно высоким напряжением разложения, таким образом, рабочие напряжения ЛИА и СК на основе данных растворителей будут выше, чем при использовании традиционных АДР.

Кондуктометрия

Очевидно, что максимальная мощность устройства быстро снижается при увеличении внутреннего сопротивления. Неводные электролиты на основе АДР обычно имеют достаточно небольшую электропроводность - 10-3-10-4См/см [6]. Поэтому крайне важно оценить электропроводность исследуемых электролитов для ЛИА и СК и найти концентрационные зависимости. Как правило, из-за возрастания межионного взаимодействия в растворе и повышения вязкости концентрационные зависимости проходят через максимум, а затем идут на спад. В то же время повышенные концентрации солей являются предпочтительными для снижения возможности возникновения диффузионных ограничений и обеднения раствора при заряде или разряде. Предотвращение обеднения раствора особенно важно для СК, при образовании двойного электрического слоя в порах углеродного материала с сильно развитой поверхностью концентрация ионов в объёме электролита снижается.

Графики зависимости удельной электропроводности растворов на основе эфиров фосфорной кис-

< 4

s 4

2

S 4

1000

2000

3000

4000

Напряжение, мВ

1 000

2000

3 000

4000

Напряжение, мВ

и 4

2

-2

1 4'

-2

1 000

2000

3 000

4000

Напряжение, мВ

1 000

2000

3 000

4000

Напряжение, мВ

Рис. 2. Циклическая хроновольтамперометрия макетов СК с ПК, ТМФ, ТЭФ и ТБФ в качестве растворителя при разных

конечных напряжениях

0

0

2

0

0

2

2

0

0

2

0

0

лоты от концентрации соли LiBF4 представлены на рис. 3.

м

о

м

ц m

0.2

0.4

■ Триэтилфосфат

■ Триметилфосфат

■ Трибутилфосфат

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

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Концентрация LiBF4, моль/л

Рис. 3. Электропроводность раствора LiBF4 в эфирах фосфорной кислоты

Видно, что максимум электропроводности в исследуемых растворах лежит, как правило, в области

концентраций порядка 0.75 моль/л. Но, как уже упоминалось выше, недопустимо обеднение раствора при заряде и разряде элемента, поэтому для сборки макетов использовались стандартные одномолярные растворы.

Электропроводность растворов на основе три-метилфосфата и триэтилфосфата близка к электропроводности используемых в промышленности электролитов для литий-ионных аккумуляторов (например, выпускаемые фирмой MERCK электролиты линейки LP на основе органических карбонатов и соли LiPF6 имеют электропроводность порядка 810 мСм/см). Растворы трибутилфосфата имеют достаточно низкую проводимость, это связано с тем, что с ростом радикальной цепи падает диэлектрическая постоянная растворителя, кроме того, вязкость трибутилфосфата весьма высока.

Измеренные электропроводности для растворов литиевых солей в триметилфосфате, триэтил-фосфате, трибутилфосфате и в пропиленкарбонате представлены в табл. 1. Пропиленкарбонат был взят

6

4

2

0

0

Таблица 1

Электропроводности 1 М растворов литиевых солей при 25°С

Растворитель Электропроводность, мСм/см

LiBF4 LiCЮ4 CF3 SO3Li

Триметилфосфат 5.64 5.36 4.16

Триэтилфосфат 6.02 - -

Трибутилфосфат 0.45 1.26 0.49

Пропиленкарбонат 3.6 5.6 1.7

для сравнения как классический растворитель для ЛИА и СК.

Зависимость удельной электропроводности от концентрации для электролитов СК на основе эфи-ров фосфорной кислоты также носит характер экстремума с максимумом при концентрации порядка 0.75М. По аналогии с литий-ионными системами, несмотря на то что максимальная электропроводность раствора наблюдается при концентрации соли меньше 1 моль/л, на практике используются более концентрированные электролиты, чтобы избежать сильного обеднения раствора при заряде/разря-

У

де двойного электрического слоя на развитой электродной поверхности. На рис. 4 представлены удельная и молярная (эквивалентная) электропроводности тетрафторбората тетрабутиламмония (ТФБТБА) в триэтилфосфате при разных концентрациях соли.

Зависимость X от л/с имеет вид, характерный для слабых электролитов (экспоненциальная зависимость).

В табл. 2 показаны электропроводности солей -тетрафторбората тетрабутиламмония (ТФБТБА), тетрафторбората тетраэтиламмония (ТФБТЭА), перхло-

3.0 X-

2.0

1.0

0.0

л о

§ 15

м С м

10

_1_

_1_

0

0.2

0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Концентрация ТФБТБВ, моль/л

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Ус(ТФБТБА), моль/л

Рис. 4. Зависимость удельной (к) и молярной (X) электропроводности ТФБТБА в триэтилфосфате от концентрации соли

Таблица 2

Электропроводности 1М растворов электролитов при 25°С

Растворитель Электропроводность 1М раствора при 25 С°,мСм/см

ТФБТБА ТФБТЭА ПХТБА

Пропиленкарбонат 7.4 13.15 5.8

Триметилфосфат 4.41 8.3 3.6

Триэтилфосфат 2.46 - -

Трибутилфосфат 4.13 - -

5

рата тетрабутиламмония (ПХТБА) - в различных растворителях.

Электролиты на основе триметилфосфата также показывают более высокую электропроводность, чем электролиты на основе остальных эфиров фосфорной кислоты. Отсутствие данных для ТБФ и ТЭФ в вышепреведённой таблице связано с недостаточной растворимостью используемых солей.

Согласно полученным экспериментальным данным растворимость в исследуемых эфирах тет-рафторбората тетрабутиламмония выше по сравнению с таковой в тетрафторборате тетраэтиламмо-ния. Однако электропроводность последней соли значительно выше, вследствие, вероятно, большей подвижности катиона в связи с уменьшением длины радикальной цепи. Это согласуется с правилом Вальдена-Писаржевского:

к =

\zi\e Мл

6ЩГ;

где к;, ц и г; - предельная электропроводность, заряд и радиус иона соответственно, е - элементарный заряд, Мл - число Авогадро, п - вязкость жидкости.

В целом электропроводность литиевых и тетра-алкиламмониевых солей в эфирах фосфорной кислоты достаточно высока, что делает их использование в технологии СК и ЛИА весьма перспективным.

Электрохимические испытания макетов СК

Исследования макетов СК производились методом циклической хроновольтамперометрии и методом гальваностатического циклирования.

Расчётные удельные ёмкости для систем на основе исследуемых электролитов представлены в табл. 3. Ёмкости определялись при хроновольт-

амперометрических испытаниях с разными скоростями развёртки потенциала.

Как видно из табл. 3, ёмкости макетов с электролитами на основе пропиленкарбоната и триме-тилфосфата близки. Это говорит о возможности использования эфиров фосфорной кислоты в качестве электролитов для СК. Макеты с электролитом на основе трибутилфосфата обладают пониженной ёмкостью, вероятно, вследствие пониженной электропроводности раствора и его высокой вязкости. Об этом также говорит то, что ёмкость особенно низка при высоких скоростях развёртки потенциала. Ввиду того что в суперконденсаторах важна быстрота заряда и разряда, электролиты на основе чистого трибу-тилфосфата представляются неактуальными. Однако введение добавок, снижающих вязкость (например, диметоксиэтан или оксид этилена), может повысить электрохимические характеристики макетов СК на основе трибутилфосфата.

На рис. 5 представлены графики гальваностатического циклирования макетов СК с электродами на основе активированного угля Кигагау YP-50F и током 5С и током 2C.

Видно, что макеты СК с триметилфосфатом и триэтилфосфатом циклируются аналогично макетам на основе традиционного растворителя - пропи-ленкарбоната. Макеты с электролитом на основе органических эфиров фосфорной кислоты показали достаточно высокую устойчивость при продолжительном циклировании. Работа СК предполагает сохранение ёмкости на протяжении сотен тысяч циклов. Из графиков видно, что после начальных циклов макет выходит на стабильный режим работы и ёмкость на протяжении последующих циклов меняется незначительно. При заряде/разряде макетов высоким током (2^ макеты СК с органическими эфи-

Таблица 3

Ёмкость макетов СК на основе активированных углей и Кигагау при различных скоростях развёртки, мА-ч/г

Электролит Скорость развёртки, мВ/с Ёмкость макетов СК на основе различных активированных углей, мА-ч/г

Кигагау УР-50Б №гй Зирга 30

1М ТФБТБА в пропиленкарбонате 5 41.11 28.68

10 37.97 26.47

50 21.32 16.21

1М ТФБТБА в триметилфосфате 5 40.82 28.52

10 38.01 24.73

50 22.90 15.82

1М ТФБТБА в трибутилфосфате 5 - 19.04

10 - 15.17

50 - 5.74

50

40

30

20

10

Электролит - 1М ТФБТБА с различными растворителями:

-Пропиленкарбонат

......Триметилфосфат

— Триэтилфосфат

_1_

500

1000 1500

Количество циклов

30

к м

■м

20

10

Электролит - 1М ТФБТБА с различными растворителями:

-Пропиленкарбонат

.......Триметилфосфат

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

---Триэтилфосфат

_1_

»1

1000 2000 3000 4000

Количество циклов

Рис. 5. Гальваностатические испытания макетов СК (активированный уголь Кигагау YP-50F) с электролитом на основе пропиленкар-боната, триметилфосфата и триэтилфосфата: а - ток заряда/разряда 5С, б - ток заряда/разряда 20С

0

0

0

0

б

а

рами фосфорной кислоты циклируются даже лучше, чем макеты с пропиленкарбонатом.

Электрохимические испытания макетов ЛИА

Макеты ЛИА на основе фосфата лития железа с анодом из титаната лития показали устойчивую работу при использовании электролитов на основе органических эфиров фосфорной кислоты. Для

макетов ЛИА с электролитом 1М ЫВБ4 в ТМФ зарядно-разрядные кривые достаточно плоские с ярко выраженными площадками, что говорит о предполагаемой стабильности работы готового изделия (рис. 6). Графики заряда-разряда аналогичны полученным в 1М ЫВБ4 в пропиленкарбонате. Согласно зарядно-разрядным кривым характеристики макетов ЛИА с электролитом на основе эфиров фосфорной кислоты ухудшаются с удлинением алкильной це-

ПК

J

10

15

20

25

Время, ч ТЭФ

10

20

30

40

Время, ч

ТМФ

10

20

30

->1

40

Время, ч ТБФ

10

15

20

25

30 Время, ч

Рис. 6. Зарядно-разрядные характеристики макетов ЛИА (LiFePO4 - Li4Ti5Ol2) с электролитом 1М LiBF4 в различных растворителях

3

3

2

2

1

1

0

0

0

5

0

3

3

2

2

1

1

0

0

0

0

5

пи растворителя. Макеты с электролитом на основе трибутилфосфата работают заметно хуже, площадка недостаточно плоская. Кроме того, омическая составляющая у данных макетов выше в связи с высокой вязкостью и низкой электропроводностью электролита на основе ТБФ. Заряд/разряд проводился током 0.05С с дозарядом в потенциостатическом режиме.

Из гальваностатических зарядно-разрядных испытаний следует, что ЛИА с электролитом на основе эфиров фосфорной кислоты способны к обратимой устойчивой работе наравне с классическими электролитами на основе органических карбонатов. Макеты показывают небольшое падение ёмкости от цикла к циклу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, показано, что эфиры фосфорной кислоты позволяют создавать электролиты для СК с расширенным окном термодинамической устойчивости, не уступающие традиционным по эксплуатационным характеристикам. В технологии ЛИА электролиты на основе эфиров фосфорной кислоты могут использоваться в системах с анодом из Ы4Т15012. Перспективность эфиров фосфорной кислоты в технологии ЛИА и СК определяется их дешевизной, простотой осушки и пожаробезопасно-стью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Wang X., Yamada Ch., Naito H., Segami G., Kibe K. High-Concentration Trimethyl Phosphate-Based Nonflammable Electrolytes with Improved Charge-Discharge Performance of a Graphite Anode for Lithium-Ion Cells // J. Electrochem. Soc. 2006. Vol. 153. P. 135-139.

2. Hu C., Zi X. Non-flammable electrolytes based on trimethyl phosphate solvent for lithium ion batteries // Trans. Nonferrous Met. China. 2005. Vol. 15, № 6. P. 1380-1387.

3. Справочник по экстракции / под ред. А. М. Розена: в 3 т. Т. 1. Экстракция нейтральными органическими соединениями. М. : Атомиздат, 1976. 600 с.

4. Микрюкова М. А., Агафонов Д. В., Нараев В. Н. Органические эфиры фосфорной кислоты как растворители для электролитов суперконденсаторов и литий-ионных аккумуляторов // Электрохим. энергетика. 2014. Т. 14, № 1. C. 40-44.

5. Ue M., Takeda M., Takehara M., Mori Sh. Electrochemical Properties of Quaternary Ammonium Salts for Electrochemical Capacitors // J. Electrochem. Soc. 1997. Vol. 144. P. 2684-2688.

6. Кедринский И. А., Яковлев В. Г. Li-ионные аккумуляторы. Красноярск: Платина, 2002. 266 с.

REFERENCES

1. Wang X., Yamada Ch., Naito H., Segami G., Kibe K High-Concentration Trimethyl Phosphate-Based Nonflammable Electrolytes with Improved Charge-Discharge Performance of a Graphite Anode for Lithium-Ion Cells. J. Electrochem. Soc., 2006, vol. 153. pp. 135-139.

2. Hu C., Zi X. Non-flammable electrolytes based on trimethyl phosphate solvent for lithium ion batteries. Trans. Nonferrous Met. China, 2005, vol. 15, no. 6, pp. 1380-1387.

3. Spravochnik po ekstrakcii. v 3 t., pod red. A. M. Rosena. T. 1 Ekstrakciya neytral'nymi organicheskimi soedineniyami [Handbook of extraction. Ed. by A. M. Rosen. Vol. 1. Extraction with neutral organic compounds]. Moscow, Atomizdat Publ., 1976, 600 p. (in Russian).

4. Mikryukova M. A., Agafonov D. V., Naraev V. N. Organicheskie efiry fosfornoy kisloty kak rastvoriteli dlya elektrolitov superkondensatorov i litiy-ionnyh akkumulyatorov [Phosphoric acid esters as solvents for the electrolytes for supercapacitors and lithium-ion batteries]. Elektrokhimicheskaya energetika [Electrochemical Energetics], 2014, vol. 14, no. 1, pp. 4044 (in Russian).

5. Ue M., Takeda M., Takehara M., Mori Sh. Electrochemical Properties of Quaternary Ammonium Salts for Electrochemical Capacitors. J. Electrochem. Soc., 1997, vol. 144, pp. 2684-2688.

6. Kedrinskiy I. A., Yakovlev V. G. Litiy ionnye akkumulyatory [Li-ion batteries]. Krasnoyarsk, Platina Publ., 2002, 266 p. (in Russian).

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Микрюкова Мария Андреевна - зав. учебной лабораторией, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)». Служебный телефон: (812)316-14-65, (812)494-92-03, e-mail: mma@lti-gti.ru

Агафонов Дмитрий Валентинович - канд. техн. наук, зав. кафедрой, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)». Служебный телефон: (812)316-14-65, (812)494-92-03, e-mail: phti@lti-gti.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.