The article presents the results of the preparation and study of a gel-polymer electrolyte based on lignin obtained from Pinus sylvestris. Sulfonation and subsequent chlorination of lignin make possible implementation of the principle of mono-ionic conductivity in a natural biopolymer matrix, which provides predominantly cationic conductivity of the electrolyte. Based on the results of the qualitative and quantitative analysis of the synthesized samples, the mechanisms of the chemical conversion of the biopolymer, the structure models of the converted fragments of macromolecules, as well as the quantum-chemical calculation of their electronic and geometric parameters are presented. The key electronic characteristics of the gel polymer electrolytes (GPE) based on a composite of lignins with 20 wt.% polyvinyl alcohol are determined by impedance spectroscopy. The maximum value of the specific volume conductivity is 2.48 × 10−4 S cm−1, which is comparable with most commercial electrolytes of this type, but at the same time, record values are reached in the number of lithium cation transfer tLi+ of 0.89. The studies allow to identify the basic laws of the effect of chemical modification on the structure of GPE and describe the mechanism of ionic conductivity.
Электропроводность полимерного электролита ПВС-ПТК-LiClO 41 Аналитический центр коллективного пользования ДНЦ РАН; Россия, 367032, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 45; rksh83@mail.ru 2 Дагестанский государственный университет; Россия, 367001, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, 43а; shabanov.nabi@yandex.ru В последнее время увеличился объем научных исследований полимерных электролитов. Данный интерес обусловлен тем, что литий-ион-полимерные электролиты позволяют создавать безопасные твердотельные устройства любой формы и любого размера с высокими показателями удельной энергии. Основным недостатком полимерных электролитов является их низкая ионная проводимость при температуре 20 °С и ниже. Данное явление обусловлено увеличением кристалличности, поскольку локальная релаксация и сегментарное движение полимерной цепи, допускающее транспорт ионов Li + , возможно только в аморфном состоянии. На сегодняшний день уже применяют подходы, связанные с включением инертных наполнителей на основе оксидов TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 и пластификаторов на основе апротонных, полярных, высококипящих растворителей в полимерную матрицу. Пластификация является одним из традиционных способов снижения кристалличности и увеличения содержания аморфной фазы в полимерных электролитах. Среди исследованных ранее наполнителей материалы на основе диоксида титана являются наиболее оптимальными в качестве добавки для увеличения ионной проводимости. В данной работе представлен новый метод получения полимерного электролита на основе поливинилового спирта (ПВС) с использованием пероксотитанового комплекса (ПТК) в качестве наполнителя и диметилсульфоксида (ДМСО) в качестве пластифицирующего агента. Электрометрические исследования с помощью импедансной спектроскопии позволили определить объемное удельное сопротивление электролита, которое составило 9,3 кОм/см при комнатной температуре. Увеличение температуры электролита приводит к снижению сопротивления до 0,7 кОм/см при 100 °C. Характер увеличения электропроводности полимерного электролита свидетельствует о наличии двух механизмов проводимости в объеме полимерной матрицы, подробное описание которых дается в работе.Ключевые слова: полимерный электролит, поливиниловый спирт, пероксотитановый комплекс, импеданс, электропроводность, энергия активации. ВведениеРастущий спрос на литий-ионные батареи, применяемые в различных приложениях, начиная с мобильных телефонов и электрооптических устройств и заканчивая гибридными электромобилями, порождает большой интерес исследователей к разработке ионопроводящих твердых электролитов [1][2][3][4][5][6]. Для повышения срока службы и термической стабильности литий-ионных батарей производители все чаще приходят к необходимости замены жидких полимерных электролитов на твердые, которые отличаются рядом преимуществ, такими как отсутствие утечки электролита, малый вес, гибкая геометрия, простота изготовления рулонов и повышенная безопасность [6]. Полимерные электролиты на основе высокомолекулярного полиэтиленоксида (ПЭО), содержащие
On exposure of high-voltage microsecond pulsed fields the molten salts pass into a non-equilibrium state with disappearance of the characteristic peaks of the Raman spectra and increased electrical conductivity. In the course of the relaxation of nonequilibrium melts their Raman spectra and electrical conductivities are restored to the values and features specific to equilibrium systems in over about 10 minutes.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.