Новые полимерные электролиты, модифицированные краун-эфирами, для литиевых источников тока

1.

Актуальность темы

.

За последнее десятилетие литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) получили широкое распространение как источники электропитания практически для всего спектра малогабаритной аппаратуры: ноутбуки, мобильные телефоны, портативные электроинструменты и других приложений.

В настоящее время в большинстве литиевых и литий-ионных аккумуляторов используются жидкие электролиты, представляющие собой растворы солей лития в апротонных органических растворителях. В этих системах существует фундаментальная проблема повышения обратимости электродных реакций, которые сопровождаются побочными процессами разложения электролита при высоких положительных и отрицательных потенциалах. Эти процессы приводят к снижению числа зарядо-разрядных циклов, ухудшению электрических характеристик источников тока, опасного газообразования, которое может привести к разгерметизации корпуса ЛИА с последующим возгоранием и взрывом аккумулятора.

Существует несколько подходов к решению данной проблемы, а именно: использование специальных добавок к жидкому электролиту, защита поверхности электродов и замена жидкого электролита на полимерный.

Около 30 лет назад была выдвинута концепция замены жидкого органического электролита на полимерный. Однако в твердом полимерном электролите до сих пор не удается получить приемлемую проводимость по ионам лития, порядка 10'3 См/см при 20 °C. Этот уровень проводимости можно достичь за счет введения органических растворителей в гель-электролитах, но при этом опять появляется угроза возникновения побочных реакций разложения электролита. Поэтому проблема получения безопасных высокопроводящих полимерных электролитов остается нерешенной до сих пор.

Весьма активно ведутся работы и в направлении модификации органических электролитов с помощью добавок. Добавка краун-эфиров является в этом аспекте очень перспективной, так как за счет увеличения степени ионной диссоциации соли лития, повышается проводимость жидкого электролита. Однако, влияние добавки краун-эфиров на проводимость полимерного электролита, а также на обратимость электродной реакции до настоящего времени практически не исследовалось.

Кроме того, не решены полностью научные и технологические проблемы в области создания Li-ионных аккумуляторов, работающих в низкотемпературной области от 0 до -50 °С, для специальных назначений, в том числе и для космических аппаратов, и в высокотемпературной области от 50 до 100 °C, для крупногабаритных батарей аккумуляторов, используемых для электротранспорта.

Таким образом, исследования по созданию новых высокопроводящих полимерных электролитов, модифицированных краун-эфирами, для широкотемпературной области применения является актуальной задачей.

Разработка и исследование полимерных электролитов для литиевых источников тока входит в число Основных направлений научной деятельности ИПХФ РАН, а также относится к направлению 5.5. «Новые химические источники тока и разработка химических генераторов для энергетики больших мощностей и бытовых нужд» ОХНМ РАН и Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008;2012 гг. V. 40. «Химические аспекты энергетики: фундаментальные исследования в области создания новых химических источников тока».