Получение и исследование свойств гель-полимерных электролитов на основе композитной мембраны Nafion@ZrO2 в Li+ форме

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Использование катионообменных мембран в качестве полимерных электролитов в литиевых аккумуляторах с металлическим анодом позволяет подавить дендритообразование в процессе работы аккумулятора. Сольватация мембран приводит к повышению ионной проводимости, однако механические свойства, которые также влияют на рост дендритов, значительно ухудшаются. В настоящей работе механическая прочность и объемная стабильность мембран Nafion®-117 в Li+ форме, сольватированных смесью этиленкарбоната и пропиленкарбоната была улучшена путем введения в матрицу мембраны наноразмерных частиц диоксида циркония методом in situ. Показано, что введение 6.7% ZrO2 приводит к увеличению модуля Юнга в ~16 раз по сравнению с немодифицированной мембраной. Вместе с этим объемная стабильность мембран в процессе сольватации увеличивается в ~1.5 раза. Однако ионная проводимость мембран после введения допанта понижается и составляет 3∙10–4, 5∙10–6 и 2.7∙10–6 См/см при 25°С для мембраны, не содержащей допанта и содержащей 3.8% и 6.7% диоксида циркония, соответственно.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Ю. Воропаева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: voroparva@igic.ras.ru
Россия, Москва

Я. А. Пятаева

Высшая школа экономики

Email: voroparva@igic.ras.ru
Россия, Москва

А. Б. Ярославцев

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Email: voroparva@igic.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Fan L., Wei S., Li S., Li Q., Lu Y. // Adv. Energy Mater. 2018. V. 8. Art. No 1702657.
  2. Li H., Xu Z., Yang J., Wang J., Hirano S. // Energy Fuels. 2020. V. 4. P. 5469–5487.
  3. Rao X., Lou Y., Zhong S., Wang L., Li B., Xiao Y., Peng W., Zhong X., Huang J. // J. Electroanal. Chem. 2021. V. 897. Art. No 115499.
  4. Ding P., Lin Z., Guo X., Wu L., Wang Y., Guo H., Li L., Yu H. // Mater. Today. 2021. V. 51. P. 449–474.
  5. Chazalviel J.-N. // Phys. Rev. A. 1990. V. 42. P. 7355–7367.
  6. Tu Z., Choudhury S., Zachman M.J., Wei S., Zhang K., Kourkoutis L.F., Archer L.A. // Joule. 2017. V. 1. P. 394–406.
  7. Xu R., Xiao Y., Zhang R., Cheng X., Zhao C., Zhang X., Yan C., Zhang Q., Huang J. // Adv. Mater. 2019. V. 31. Art. No 1808392.
  8. Chen Y., Li C., Ye D., Zhang Y., Bao H., Cheng H. // J. Memb. Sci. 2021. V. 620. Art. No 118926.
  9. Istomina A.S., Yaroslavtseva T.V., Reznitskikh O.G., Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Sanginov E.A., Dobrovolsky Y.A., Bushkova O.V. // Polymers (Basel). 2021. V.13 Art. No 1150.
  10. Evshchik E.Y., Sanginov E.A., Kayumov R.R., Zhuravlev V.D., Bushkova O.V., Dobrovolsky Y.A. // Int. J. Electrochem. Sci. 2020. V. 15. P. 2216–2225.
  11. Nicotera I., Simari C., Agostini M., Enotiadis A., Brutti S. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 27406–27416.
  12. Voropaeva D.Y., Novikova S.A., Kulova T.L., Yaroslavtsev A.B. // Solid State Ionics. 2018. V. 324. P. 28–32.
  13. Voropaeva D., Novikova S., Xu T., Yaroslavtsev A. // J. Phys. Chem. B. 2019. V. 123. P. 10217–10223.
  14. Xiao W., Wang Z., Zhang Y., Fang R., Yuan Z., Miao C., Yan X., Jiang Y. // J. Power Sources. 2018. V. 382. P. 128–134.
  15. Li X., Zhang H., Mai Z., Zhang H., Vankelecom I. // Energy Environ. Sci. 2011. V. 4. Art. No 1147.
  16. Pan X., Yang P., Guo Y., Zhao K., Xi B., Lin F., Xiong S. // Adv. Mater. Interfaces. 2021. V. 8. Art. No 2100669.
  17. Han B., Jiang P., Li S., Lu X. // Solid State Ionics. 2021. V. 361. Art. No 115572.
  18. Zhang P., Yang L.C., Li L.L., Ding M.L., Wu Y.P., Holze R. // J. Memb. Sci. 2011. V. 379. P. 80–85.
  19. Jamalpour S., Ghahramani M., Ghaffarian S.R., Javanbakht M. // Polymer. 2021. V. 228. Art. No 123924.
  20. Lee Y.-S., Jeong Y.B., Kim D.-W. // J. Power Sources. 2010. V. 195. P. 6197–6201.
  21. Jagadeesan A., Sasikumar M., Hari Krishna R., Raja N., Gopalakrishna D.,. Vijayashree S, Sivakumar P. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. Art. No 105524.
  22. Pan X., Hou Q., Liu L., Zhang J., An M., Yang P. // Ionics. 2021. V. 27. P. 2045–2051.
  23. Subramania A., Kalyana Sundaram N.T., Sathiya Priya A.R., Vijaya Kumar G. // J. Memb. Sci. 2007. V. 294. P. 8–15.
  24. Croce F., Settimi L., Scrosati B. // Electrochem. Commun. 2006. V. 8. P. 364–368.
  25. Xu J., Ma C., Chang C., Lei X., Fu Y., Wang J., Liu X., Ding Y. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 38179–38187.
  26. Guo Q., Han Y., Wang H., Xiong S., Sun W., Zheng C., Xie K. // Novel synergistic coupling composite chelating copolymer/LAGP solid electrolyte with Electrochim. Acta. 2019. V. 296. P. 693–700.
  27. Rangasamy E., Wolfenstine J., Sakamoto J. // Solid State Ionics. 2012. V. 206. P. 28–32.
  28. Han F., Westover A.S., Yue J., Fan X., Wang F., Chi M., Leonard D.N., Dudney N.J., Wang H., Wang C. // Nat. Energy. 2019. V. 4. P. 187–196.
  29. Shin B.R., Nam Y.J., Oh D.Y., Kim D.H., Kim J.W. // Electrochim. Acta. 2014. V. 146. P. 395–402.
  30. Yi L., Zou C., Chen X., Liu J., Cao S., Tao X., Zang Z., Liu L., Chang B., Shen Y., Wang X. // ACS Appl. Energy Mater. 2022. V. 5. P. 7317–7327.
  31. Safronova E.Y., Lysova A.A., Voropaeva D.Y., Yaroslavtsev A.B. // Membranes. 2023. V. 13. Art. No 721.
  32. Gao J., Shao Q., Chen J. // J. Energy Chem. 2020. V. 46. P. 237–247.
  33. Voropaeva D., Merkel A., Yaroslavtsev A. // Solid State Ionics. 2022. V. 386. Art. No 116055.
  34. Golubenko D.V, Shaydullin R.R., Yaroslavtsev A.B. // Colloid Polym. Sci. 2019. V. 297. P. 741–748.
  35. Doyle M., Lewittes M.E., Roelofs M.G., Perusich S.A., Lowrey R.E. // J. Memb. Sci. 2001. V. 184. P. 257–273.
  36. Yaroslavtsev A.B., Stenina I.A., Golubenko D.V. // Pure Appl. Chem. 2020. V. 92. P. 1147–1157.
  37. Chen H.-Y.T., Tosoni S., Pacchioni G. // Surf. Sci. 2016. V. 652. P. 163–171.
  38. Ярославцев А.Б., Караванова Ю.А., Сафронова Е.Ю. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2011. Т. 1. С. 3–10 (англоязычная версия: Yaroslavtsev A.B., Karavanova Y.A., Safronova E.Y. // Petroleum Chem. 2011. V. 51, P. 473–479).
  39. Porozhnyy M., Huguet P., Cretin M., Safronova E., Nikonenko V. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P. 15605–15614.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгенограммы порошков, полученных после отжига гибридных мембран Nafion-3.8 (1), Nafion-6.7 (2), штрих-диаграмма, соответствующая ZrO2 (Сard No.: 44-1472)

Скачать (315KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ИК спектры Nafion-0 (1), Nafion-3.8 (2), Nafion-6.7 (3)

Скачать (367KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Температурные зависимости ионной проводимости мембран Nafion-0 (1), Nafion-3.8 (2), Nafion-6.7 (3)

Скачать (215KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кривые напряжения-деформации. Nafion-0 (1), Nafion-3.8 (2), Nafion-6.7 (3)

Скачать (208KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024