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.