Физико-химические аспекты создания новых нанокомпозитных полимерных гель - электролитов

Цель работы заключалась в разработке способов синтеза новых нанокомпозитных полимерных гель-электролитов с высокой ионной проводимостью порядка 10-3 См/см при комнатной температуре и обеспечивающих эффективную и стабильную работу литиевого аккумулятора с неорганическим катодом. Объектом исследования является нанокомпозитный полимерный гель-электролит на основе диакрилата полиэтиленгликоля и наночастиц SiO2. Разработан новый нанокомпозитный полимерный сетчатый гель-электролит на основе диакрилата полиэтиленгликоля, 1 М раствора LiBF4 в гамма-бутиролактоне и наночастиц SiO2 с высокими показателями проводимости в широком интервале рабочих температур от 70 до 100 °С: 4 мСм/см при 20 °С и 1 мСм/см при 70 °С. Методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля показано, что для электролита с 2 мас.% SiO2 коэффициенты самодиффузии на ядрах 7Li максимальны и равны 1.2×10-10 м2/c. Числа переноса по катиону Li+ у данного состава также максимальны и равны 0.49. Методами ИК-спектроскопии, ДСК-анализа с использованием квантово-химического моделирования показано, что для состава НПЭ с 2 мас.% SiO2 высокие показатели проводящих свойств обусловлены максимальной диссоциацией соли LiBF4, а для состава с 6 мас.% SiO2 – образованием высокопроводящих путей с участием наночастиц. Наличие двойного максимума проводимости и его выявленная природа является общими для гель-электролитов данного класса с пористой поверхностью нанонаполнителей. Предложен жидкий электролит состава 1 М LiN(CF3SO2)2 в смеси диоксолан/диметоксиэтан (2:1) в качестве высокопроводящего буферного слоя между нанокомпозитным полимерным гель-электролитом и LiFePO4-катодом. Сравнительные испытания в прототипах Li//LiFePO4 аккумуляторов показали преимущества использования нанокомпозитных полимерных гель - электролитов. Ячейка с добавкой 6 мас.% SiO2 в полимерный гель-электролит показала максимальную разрядную емкость ~170 мАч/г в течение 100 циклов заряда-разряда при модификации поверхности LiFePO4-катода буферным слоем. Результаты работы имеют практическое применение при разработке литиевых и пост-литиевых источников энергии.