Zalety przewodników polimerowych

Transkrypt

1 Zalety przewodników polimerowych - Giętkie, otrzymywane w postaci folii - Lekkie (wysoka gęstość energii/kg) - Bezpieczne (przy przestrzeganiu zaleceń użytkowania)

2 Wady - Degradacja na skutek starzenia, przemian fazowych, reakcji chemicznych - Wrażliwe na niskie temperatury - Przewodzą oba rodzaje nośników

3 Modyfikacje elektrolitów polimerowych Poprawa właściwości tradycyjnych układów typu sól w polimerze może zostać osiągnięta na drodze: rozgałęzienia polimeru zwiększenia udziału soli unieruchomienia anionów dodania rozpuszczalnika dodania napełniaczy

4 Krystalizacja: struktura liniowa PEO 6 :LiTFSI PEG, M w = PEO, M w = PEO 3 :LiTFSI

5 Krystalizacja: struktura rozgałęziona Rozgałęzienie utrudnia krystalizację, wprowadza defekty do struktury krystalicznej i zwiększa zawartość fazy amorficznej.

6 Polimer w soli Główną rolą polimeru jest zapobieganie krystalizacji soli. Oprócz oddziaływań z łańcuchem występują oddziaływania jon-jon.

7 Polimer w soli: stabilność T / o C log (σ / Scm -1 ) Star-branched PEO, OH - groups on the core with TFSI salt EO:Li 2:1 EO:Li 1.5:1 EO:Li 1:1 LiTFSI, wt. % Efekt 1000/T spadku / K -1 przewodności nasila się wraz ze wzrostem zawartości soli.

8 Krystaliczne elektrolity polimerowe Transport jonów w strukturach krystalicznych kompleksów polimer:sól Wady: -Niskie wartości przewodności - Ścieżki przewodzenia nie są ciągłe Struktura PEO 6 :LiAsF 6 Y.G. Andreev, P.G. Bruce, Electrochim. Acta 45 (2000) 1417

9 Polielektrolity Dla większości elektrolitów polimerowych, ponad 50% ładunku jest transportowane przez aniony. Jest to niekorzystne dla zastosowań w ogniwach. Normy USABC: 10-4 S/cm dla polielektrolitów 10-3 S/cm dla tradycyjnych elektrolitów) Anion można wbudować w strukturę łańcucha lub grup bocznych. Największym problemem jest dysocjacja uwalnianie kationów. Przewodność jonowa polielektrolitów jest zwykle znacznie mniejsza, niż elektrolitów tradycyjnych.

10 Polielektrolity Wbudowane grupy anionowe mogą uwalniać jony litu, ale mogą je również wyłapywać. J.F. Snyder et al., J. Electrochem. Soc. 2003;150:A1090-A1094 K. Sinha, J. Maranas, Macromolecules 47 (2014) 2178

11 Elektrolity żelowe Powstają przez dodanie do elektrolitu polimerowego cząsteczek polarnych (rozpuszczalnika) o niskiej masie cząsteczkowej. Znacznie zwiększa to przewodność elektrolitu, kosztem bezpieczeństwa użytkowania i stabilności. A. Manuel Stephan, European Polymer Journal 42 (2006) 21 42

12 Elektrolity żelowe Dodanie rozpuszczalnika zmienia mechanizm przewodzenia. Zmianie ulega temperaturowa zależność przewodności.

13 Elektrolity żelowe Russian Chemical Reviews 81 (4) (2012)

14 Elektrolity z cieczą jonową Ciecz jonowa sól występująca w postaci amorficznej w temperaturze poniżej 100 o C. Polimer pełni rolę gąbki zapewniającej właściwości mechaniczne i wspomaga transport jonów.

15 Elektrolity z cieczą jonową Ciecze jonowe mogą być źródłem nośników w membranach przewodzących protonowo.

16 Elektrolity z napełniaczami

17 -Są zarodkami krystalizacji -Mają inną gęstość niż polimer (ulegają sedymentacji) -Mogą blokować transport jonów Elektrolity z napełniaczami + Zwiększają przewodność + Polepszają właściwości mechaniczne + Polepszają stabilność elektrochemiczną + Zwiększają zawartość fazy amorficznej

18 Polimerowe przewodniki protonowe Proton Exchange Membrane

19 Przewodniki protonowe

20 Przewodniki protonowe Transport wody w elektrolicie i elektrodach ma decydujące znaczenie dla pracy ogniwa

21 Przewodniki protonowe

22 Przewodniki protonowe Nature communications 1:88 DOI: /ncomms1086

23 Przewodniki protonowe Napełniacze o wymiarach nanometrycznych wytwarzają kanały przewodzenia i ułatwiają transport jonów.