Полимерлі электролиттер

Презентация қосу

ҚазақстанРеспубликасыныңбілімжәнеғылымминистрлігі
Әл-ФарабиатындағыҚазақұлттықуниверситеті
Химияжәнехимиялықтехнологияфакультеті

Полимерлі және қатты полимерлі
электролиттер
мамандығы 7М07105 – «Бейорганикалық заттардың химиялық
технологиясы»

Орындаған: Косыбаева Д.Э.
Молдагалиева А.А.
Бейсен Ш.А.

Қабылдаған: х.ғ.к., доцент
Рахымбай Г.С.
Полимерлі электролиттер.

Полимерлі электролиттер (ПЭУ) - бұл 1970 жылдары
енгізілген материалдар класы, ол органикалық сұйық
электролиттермен салыстырғанда жоғары иондық өткізгіштігі,
тұрақтылық қасиеттері мен қауіпсіздігі жақсартылған энергияны
сақтау/түрлендіру құрылғыларында кең түрде қолданылатын
электролиттер.
Жалпы, 1970 жылы алғаш рет энергия тығыздығы мен
тиімділігі жақсартылған литий батареялары үшін полимерлі
электролиттерді (ПЭУ) қолдану ұсынылды. Осы ұсыныспен
әлемдегі көптеген көрнекті зерттеушілер полимерлі
электролиттерді сепаратор және электролит ретінде LIB-на
қолдана бастады.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Полимерлік электролиттер жасау үшін
пайдаланылуы мүмкін полимерлерге ерекше
талаптар қойылады:
– полимерлерде тұз иондары бар жеткілікті
берік кешендердің түзілуін қамтамасыз ететін
жоғары электрондық тығыздығы бар
гетероатомдар болуы тиіс;
– полимерлер иондардың еркін қозғалысын
қамтамасыз ету үшін жеткілікті аморфты болуы
тиіс;
– полимерлер иондардың қозғалысын
жеңілдету үшін икемді болуы тиіс 3

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Жақсы иондық
.
өткізгіштік
Төмен Жоғары
химиялық
тығыздық тұрақтылық

Түзілу
Қауіпсіз
жеңілдігі
Полимерлі
электролиттердің
артықшылығы
Жеңіл Тұтқырлығы
салмағы төмен

электрод/электролиттің
жақсы байланысын
Мөлдірлігі қалыптастыру қабілеті
Серпімділі 4
к
Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
ымылырұқ ңі т тилорткелэ і лремилоП

ПЭУ үшін ең көп
қолданылатын полимерлі
матрица-полиэтиленоксид
(ПEO). Қазіргі таңда сілтілі
және сілтілі тұздары бар
ПЭО негізіндегі электро-
литтер белгілі. ПЭО – бұл
кристалданатын полимер,
сонымен қатар ерітілген
тұзы бар кристалды тұзды
кешендердің пайда
болуына бейім. Сондықтан
ПЭО негізіндегі полимерлі
электролиттердің фазалық
құрамы мен микроқұрылы- . 5
мы күрделі.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Қазіргі таңда полимерлі электролиттердің түрлері
өте көп, ең негізгі түрлеріне тоқталсам.

электролиттер
Полимерлі Қатты полимерлі

Ион алмастырушы
полимерлі

Пластификацияланған
полимерлі

Гель
. полимерлі 6

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Литий-иондық өткізгіші бар әр түрлі электролиттердің ең жақсы
өкілдерінің салыстырмалы сипаттамалары

Электролит 25 ℃-тағы Катиондарды Электро- Өрт және
түрі өткізгіштік тасымалдау саны химиялық жарылыс
тұрақтылық қауіпсіздігі
Полимерлі 10⁻⁵ - 10⁻³ 1 ≤6 Өте жоғары
электролит
Қатты 10⁻⁵ - 10⁻³ 0.2-1 Нақты дерек Жоғары
полимерлі жоқ
электролит
Пластифика 10⁻⁴ - 10⁻³ ≤0.5 Нақты дерек Өте жоғары
-цияланған жоқ
полимерлі
электролит

Гель 10⁻⁴ ≤0.5 ≤5.5 Төмен
полимерлі
электролит 7
.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Қолданылуы
Отын элементтерінде
Химиялық тоқ
көздерінде
Батареяларда
Электрохромды
құрылғыларда
Модификацияланған
электродтар/датчиктер
жасауда
Суперконденсаторларда
Термоэлектрлік
генераторларда
Жоғары вакуумдық
электрохимияда
. 8

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Қорытынды:
Полимерлі электролиттердің болашағы перспективалы болып
көрінеді, өйткені олар электрохимиялық процестердің кең
спектрі үшін тамаша жағдай жасайды деп танылды.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Қатты полимерлі электролиттер

Қатты полимерлі электролиттер (ҚПЭ) - бұл полимер
құрылымына ие заттар, ал полимерлер құрамына
катиондар немесе аниондар түзілуіне себепкер болатын
диссоциациялануға қабілетті функционалдық топтар
кіреді, олардың (катиондар немесе аниондар) полимер
құрылымы ішіндегі бағытталған қозғалысы оның
иондық өткізгіштігін негіздейді.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
«Нафион» атты ҚПЭ

«Нафион» - бұл катиондармен электростатикалық байланысқан сыртқы
ортамен алмасуға қабілетті функционалды сульфо топтары бар фторкөміртекті
полимер. Бұл ҚПЭ-тің иондық өткізгіштігі катиондардың қозғалысына
байланысты, сондықтан мұндай электролиттер катионды немесе (ион
алмастырғыш шайырлармен ұқсастығы бойынша) катионалмасу деп аталады.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
«Нафион» ҚПЭ-нің тарихы
• 1964 жылы американдық «Du Pont» компаниясы полимерлі
мембраналар алу үшін құрамында сутегі асқын тотығын
инициатор ретінде қолданып, сулы топтары бар
фторокарбонды винил эфирлерін алу әдісін патенттеді,
кейін ол «Нафион» сауда маркасымен кеңінен танымал
болды. ». Кейінірек осындай ҚПЭ-тер Ресейде де MF-4SK
атауымен шығарыла бастады. Нафион мембраналарын
қолданатын әлемдегі алғашқы өнеркәсіптік зауыттар
Жапонияда 1975-1976 жылдары іске қосылды. 70-ші
жылдары осы полимерлі электролиттердің қасиеттері,
негізінен оларды өткізу механизмі туралы кең ғылыми
зерттеулер басталды.
«Нафион» ҚПЭ-інің ішкі құрылымы

«Нафион» ҚПЭ ішкі құрылымын зерттеу оның екі фазалы құрылымға ие екендігін
көрсетті. Полимерлі негіз (гидрофобты фаза) кеңістіктегі функционалды сульфо топтары
диаметрі шамамен 40 Ом болатын сфералық қуыстардың ішіне топтастырылатын етіп
орналастырылған фторкөміртекті және эфирлі тізбектерден тұрады. Құрамында
гидратталған катиондары бар тар арналармен байланысқан қуыстар жүйесі мембрананың
екінші, гидрофильді фазасы болып табылады. 13

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
«Нафион» ҚПЭ-інің қасиеттері және
қолдануының негізгі бағыттары

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Сутегі мен оттегінің қатты полимерлі
электрохимиясының генераторы

Дистилденген су электролизатордың анодты кеңістігіне түседі және анодтың тесіктері арқылы (кеуекті
титан плитасы) электрод /ҚПЭ интерфейсіне(шекарасына) енеді. Бұл шекарада су оттегінің түзілуімен
электрототығады:
2H2O + 4e- = O2 + 4H+
Электродтың тесіктері арқылы реакция аймағынан оттегі алынады, ҚПЭ-тің газ өткізбейтін қасиеті
оның катод кеңістігіне енуіне және жарылғыш қоспаның пайда болуына жол бермейді. Жоғарыда
сипатталған механизмге сәйкес гидратталған протондар мембрана арқылы катодқа ауысады, сонда олар 15
сутегі газының бөлінуімен тотықсызданады:
2H+ + 2e−= H2
Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Қатты полимерлі электролизерлердің
тиімділігі

Оттегі сияқты сутегі де катодты кеуектер жүйесі және ток беру арналары арқылы
жойылады. Катодтық және анодтық реакциялар электрод / TPE интерфейсіне сәйкесінше
ұсақ дисперсті платина мен иридий (IV) оксидін енгізу арқылы ынталандырылады және
осы уақытқа дейін жасалған технологиялар қолданылатын асыл металдардың мөлшерін
электрод бетінің квадрат сантиметріне 0,1 мг-ға дейін азайтуға мүмкіндік береді.
Қатты полимерлі электролизерлердің тиімділігін көрсететін кейбір сандық сипаттамалары:
• Электродтардағы кернеу 1,6–1,8 В номиналды ток тығыздығы кезінде электродтардың
геометриялық бетінің квадрат сантиметріне 1 А;
• ҚПЭ қалыңдығы 0,2-0,5 мм, бүкіл электролиздік ұяшықтың қалыңдығы бірнеше
миллиметрден аспайды;
• Шығарылатын газдардың жүз пайызға жуық тазалығы, оларды таза химиялық
реактивтер ретінде және медициналық мақсатта пайдалануға мүмкіндік береді (оттегі).

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Электроактивті зат енгізілген және ҚПЭ-ті
химиялық түрлендірілген электродтың
схемасы

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
«Нафион» ҚПЭ-інің артықшылықтары:
Оның инерциясына байланысты бұл ҚПЭ-тің
фторкөміртекті негізі химиялық өзара әрекеттесугі өте
төзімді (концентрацияланған азот қышқылында қайнатуға
төтеп береді), механикалық берік және термиялық тұрақты
(100°C дейін);
«Нафионның» басты ерекшелігі - оның өте жоғары иондық
өткізгіштігі
Бірегей қасиеттеріне байланысты (тұрақтылық, жоғары
электрөткізгіштік, беріктік) көп жағдайда фторокөміртекті
катионды ҚПЭ кеңінен қолданылады.

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы
Қорытынды
Жақында пайда болған қатты полимерлі электролиттер
сұйық агрессивті электролиттің болмауымен, салмағы мен
мөлшерінің төмендеуімен, сенімділігі мен экологиялық
қауіпсіздігінің жоғары деңгейімен сипатталатын жаңа
электрохимиялық құрылғыларды құру үшін негіз болды.
Әлемдегі ғылыми топтар ҚПЭ және химиялық
түрлендірілген электродтар саласында жүргізген көптеген
зерттеулер жақын арада энергетикада жаңа революциялық
нәтижелер алуға, жаңа типтегі оптоэлектрондық және
логикалық компьютерлік құрылғылар мен биомедициналық
микросенсорлық жүйелерді құруға уәде береді.

Назар аударғандарыңызға
рахмет!

Аналитикалық, коллоидтық химия және сирек элементтер технологиясы кафедрасы

Ұқсас жұмыстар

Тұнбалардың еру және тұнбаға түсу жағдайлары

Әлсіз электролит ерітінділердің иондарының концентарациясын және диссоциялану дәрежесін анықтау

Буферлі жүйелер мен ерітінділер туралы түсінік

Қышқылдар заттар

ҚЫШҚЫЛДАР МЕН НЕГІЗДЕР ТЕОРИЯЛАРЫ

Қазіргі құрылыста полимерлі материалдарды пайдалану. Полимерлерді бағалау және санитариялық эпидемиологиялық бақылау

Заманауи орауыштар мен қаптамалар туралы ақпарат

Льюистің қышқылдар мен негіздер теориясы

Иондану дәрежесін анықтау

Полимерлер өндірісі

Пәндер