Zalety przewodników polimerowych - Giętkie, otrzymywane w postaci folii - Lekkie (wysoka gęstość energii/kg) - Bezpieczne (przy przestrzeganiu zaleceń użytkowania)
Wady - Degradacja na skutek starzenia, przemian fazowych, reakcji chemicznych - Wrażliwe na niskie temperatury - Przewodzą oba rodzaje nośników
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
Krystalizacja: struktura liniowa http://openlearn.open.ac.uk/ PEO 6 :LiTFSI PEG, M w = 2 10 3 PEO, M w = 5 10 6 PEO 3 :LiTFSI
Krystalizacja: struktura rozgałęziona Rozgałęzienie utrudnia krystalizację, wprowadza defekty do struktury krystalicznej i zwiększa zawartość fazy amorficznej.
Polimer w soli Główną rolą polimeru jest zapobieganie krystalizacji soli. Oprócz oddziaływań z łańcuchem występują oddziaływania jon-jon.
Polimer w soli: stabilność T / o C 140 120 100 80 60 40 20 0-20 -40 log (σ / Scm -1 ) -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -10-11 -12-13 -14-15 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. % -16 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 Efekt 1000/T spadku / K -1 przewodności nasila się wraz ze wzrostem zawartości soli.
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
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.
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
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
Elektrolity żelowe Dodanie rozpuszczalnika zmienia mechanizm przewodzenia. Zmianie ulega temperaturowa zależność przewodności.
Elektrolity żelowe Russian Chemical Reviews 81 (4) 367-380 (2012)
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.
Elektrolity z cieczą jonową Ciecze jonowe mogą być źródłem nośników w membranach przewodzących protonowo.
Elektrolity z napełniaczami
-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
Polimerowe przewodniki protonowe Proton Exchange Membrane
Przewodniki protonowe
Przewodniki protonowe Transport wody w elektrolicie i elektrodach ma decydujące znaczenie dla pracy ogniwa
Przewodniki protonowe
Przewodniki protonowe Nature communications 1:88 DOI: 10.1038/ncomms1086
Przewodniki protonowe Napełniacze o wymiarach nanometrycznych wytwarzają kanały przewodzenia i ułatwiają transport jonów.