Электропроводность, числа переноса и транспортные числа катионов лития в жидких электролитных системах для энергоемких накопителей энергии

450054, Уфа, просп. Октября, д. 69. Тел.:+7(347) 235-55-60. Email: chemorg@anrb.ru

АННОТАЦИЯ

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН предлагает определение чисел переноса и транспортных чисел катиона лития в жидких электролитных системах. Числа переноса и транспортные числа катиона лития являются важными параметрами электролитных систем для энергоемких литиевых и литий-ионных аккумуляторов.

АННОТАЦИЯ

ЦЕЛЬ НАУЧНОГО ПРОЕКТА

Целью проекта является определение чисел переноса и транспортных чисел катиона лития в жидких электролитных системах различного состава. Исследования влияния свойств растворителей, солей и их концентрации на транспортные свойства электролитных систем (электропроводность, числа переноса и транспортные числа). Числа переноса и транспортные числа катиона лития являются важными параметрами электролитных систем для энергоемких литиевых и литий-ионных аккумуляторов.

ЦЕЛЬ НАУЧНОГО ПРОЕКТА

ЗАДАЧА(И) НАУЧНОГО ПРОЕКТА

• Очистка и осушка исходных компонентов исследуемых электролитных систем. • Приготовление растворов заданной концентрации и оценка их чистоты (содержания воды и других загрязняющих компонентов). • Подготовка металлических литиевых электродов. • Сборка симметричных литий-литиевых электрохимических ячеек для измерения чисел переноса катиона лития. • Проведение измерений и обработка результатов с расчетами значений чисел переноса катиона лития. • Съёмка спектров ЯМР на ядрах 7Li и ядрах, входящих в состав аниона литиевой соли. • Обработка результатов исследований и вычисление транспортных чисел. • Построение функциональных зависимостей транспортное число – состав системы.

ЗАДАЧА(И) НАУЧНОГО ПРОЕКТА

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ РЕАГЕНТЫ

Измерения чисел переноса и транспортных чисел катиона лития производятся с использованием современных методов и оборудования. Определение чисел переноса катиона лития производится в тонкослойных симметричных литий-литиевых ячейках с использованием методов спектроскопии электрохимического импеданса и потенциостатической амперометрии с помощью потенциостата-гальваностата с функцией измерения импеданса SP-200 (Biologic, Франция). Термостатирование измерительный ячеек производится с помощью криотермостата жидкостного LOIP FT-311-80 (рабочий диапазон от -80 до +100 градусов Цельсия). ЯМР исследования проводятся на импульсном спектрометре Bruker Avance-III 500 MHz с использованием 5 мм датчика PABBO с Z-градиентом при постоянной температуре образца 25±2 градусов Цельсия.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ РЕАГЕНТЫ

ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

Приготовление электролитных систем, сборку электрохимических ячеек, заполнение ампул для ЯМР исследований проводится в перчаточном боксе в атмосфере сухого воздуха или аргона (содержание воды менее 100 ppm). ЯМР спектры высокого разрешения на ядрах 1Н, 7Li, 11B, 13С, 14N и 15N, 17O, 19F, 33S регистрируются на импульсном спектрометре Bruker Avance-III 500 MHz с использованием 5 мм датчика PABBO с Z-градиентом при постоянной температуре образца 25±2 градусов Цельсия . Для исключения разбавления исследуемых растворов дейтерированным растворителем используются 5 мм ампулы Wilmad®(NMRtubes 5 mm) с аксиальной вставкой Wilmad®(stemL 50 mm, reference capacity 60 мкл, samplecapacity 530 мкл), заполненной 9.7m раствором LiCl в D2O (Sigma-Aldrich, 99.9% atom D). Раствор 9.7m LiCl в дейтерированной воде (D2O) используется для настройки однородности магнитного поля и дальнейшей стабилизации магнитного поля на ядрах 2H в ходе длительных экспериментов. ЯМР спектры высокого разрешения на ядрах 7Li регистрируются на частоте 194.37 МГц. Химические сдвиги в спектрах ЯМР 7Li рассчитываются в м.д. относительно сигнала лития (δLi 0.0 м.д.) внешнего стандарта, в качестве которого используется 9.7m раствор LiCl в D2O. Двумерные диффузионно-упорядоченные спектры (2D DOSY) получаются с использованием эксперимента ledbpgp2s для стимулированного эха с биполярным импульсами и минимизацией краевых токов (LED). Для ядер 7Li при измерении коэффициента диффузии (D) используется диффузионное время Δ = 100÷600 мс и длительности градиентного импульса δ/2 в диапазоне 5.1÷13.0 мс.

РЕЗУЛЬТАТ ПРОЦЕССА:

В результате выполнения проекта будет получена совокупность результатов исследований транспортных свойств электролитных систем — чисел переноса и транспортных чисел катиона лития в электролитных растворах различного состава. На основании полученных результатов исследований будет сделано заключение о перспективности и целесообразности использования изученных электролитных систем в перспективных электрохимических накопителях энергии.

КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОЦЕССА:

Исследования физико-химических свойств электролитных систем производятся с использованием современных методов, приборов и оборудования. Для исследований необходимы минимальные количества веществ.

ТИП СОТРУДНИЧЕСТВА

Договор на проведение НИР

КОМАНДА НАУЧНОГО ПРОЕКТА

Саввина Александра Алексеевна

Младший научный сотрудник лаборатории электрохимии УфИХ УФИЦ РАН

Карасева Елена Владимировна

Заведующий лабораторией электрохимии УфИХ УФИЦ РАН, к.х.н., доц.

Колосницын Владимир Сергеевич

Заведующий отделом электрохимической энергетики УфИХ УФИЦ РАН, д.х.н., проф.