Streszczenie rozprawy doktorskiej mgr. inż. Leszka Niedzickiego pt
Transkrypt
Streszczenie rozprawy doktorskiej mgr. inż. Leszka Niedzickiego pt
Streszczenie rozprawy doktorskiej mgr. inż. Leszka Niedzickiego pt. „Characterization of new generation of electrolytes based on imidazole derivatives salts” Praca doktorska dotyczyła badań elektrolitów transportujących jony litu w układach ciekłych niewodnych. Zsyntetyzowano trzy organiczne sole litowe oparte na fluorowych pochodnych imidazolu: 4,5-dicyjano-2-(trifluorometylo)imidazolan litu (LiTDI), 4,5-dicyjano-2-(pentafluoroetylo)imidazolan litu (LiPDI) i 4,5-dicyjano-2-(n-heptafluoropropylo)imidazolan litu (LiHDI). Następnie użyto tych soli (każdej z osobna) do stworzenia modelowych elektrolitów ciekłych. Zbadane zostały elektrolity oparte na następujących rozpuszczalnikach: - Węglan propylenu (PC); - Eter dimetylowy poli(glikolu etylenowego) o średniej masie molowej 500 g∙mol-1 (PEGDME500); - Mieszanina węglanu etylenu i węglanu dimetylu w stosunku 1:1 (EC-DMC). Pomiary obejmowały badanie struktury czystych soli, a także ich roztworów przy użyciu metod spektroskopii ramanowskiej i w podczerwieni. Do podstawowej charakterystyki czystych soli użyto również technik analizy elementarnej, spektroskopii 13 C NMR i 19 F NMR (magnetycznego rezonansu jądrowego), oraz TGA (analizy termograwimetrycznej) i DSC (różnicowej kalorymetrii skaningowej). Badania elektrochemiczne obejmowały wyznaczanie przewodności otrzymanych elektrolitów w szerokim zakresie stężeń i temperatur za pomocą spektroskopii impedancyjnej. Zmierzono także ich liczby przenoszenia metodą stałoprądową i obliczono je z poprawką Bruce’a i Vincenta, zbadano stabilności granic elektroda-elektrolit, a także wyznaczono ilości asocjatów w ciekłych elektrolitach za pomocą formalizmu Fuossa-Krausa. Badania pod kątem wdrożenia elektrolitu do baterii litowych obejmowały woltamperometrię cykliczną elektrolitu wobec materiałów używanych w ogniwach litowo-jonowych, a także charakterystykę ładowania-rozładowania w ogniwie i pojemności baterii wobec szybkiego rozładowania. Badania były uzupełnione przez analizę pików widm elektrolitów w podczerwieni i ich widm ramanowskich w celu wyznaczania ilości asocjatów. Badania potwierdziły założenia teoretyczne na podstawie budowy cząsteczek zsyntetyzowanych soli. Charakterystyka właściwości fizykochemicznych soli potwierdziła możliwość ich zastosowania w komercyjnych ogniwach litowych. Elektrolity oparte na nowych solach charakteryzują wysokie przewodności, wyższe liczby przenoszenia od analogicznych układów opartych na dotychczas stosowanych solach, niższe zawartości asocjatów przy wysokich stężeniach soli, a także dobrą stabilność granicy elektroda-elektrolit. Badania pokazały także korelacje pomiędzy liczbami przenoszenia i zawartością asocjatów w elektrolicie oraz potwierdziły zależność przewodności molowej od ilości asocjatów w elektrolicie. Pokazano na przykładzie badanych soli wpływ podstawników i struktury anionu organicznego na parametry elektrolitu.