Structure and lithium transport phenomena in a new tripodand-grafted polysiloxane

M. Walkowiak; D. Waszak; M. Osińska-Broniarz; B. Gierczyk

Data publikacji : 2011-04-30

Tom 56 Nr 4 (2011)

Struktura i przewodnictwo kationów litu w nowego typu polisiloksanie z bocznymi grupami trójpodanowymi

M. Walkowiak D. Waszak M. Osińska-Broniarz B. Gierczyk

Abstrakt

Zbadano właściwości zsyntetyzowanego nowego typu polimerowego elektrolitu z mechanizmem przewodzenia opartym na kationach litu. Na drodze katalitycznej hydrosililacji, przy użyciu polisiloksanu i trójpodandu krzemowego z grupą winylową otrzymano poli(2-tris(2-(2-metoksyetoksy)etyloksy)sililoetylo)metylosiloksan o średnim ciężarze cząsteczkowym 19 100. W wyniku rozpuszczenia w wytworzonej matrycy polimerowej soli litu (LiPF6) uzyskano elastyczne membrany elektrolitowe. Określano zależność właściwości elektrochemicznych oraz mechanizmu przewodnictwa jonowego od struktury kompleksu polimer-sól litu. Na podstawie pomiarów 7Li NMR rozważono problem braku sprzężenia dynamiki łańcucha polimerowego i dynamiki kationu litu. Struktura molekularna zsyntezowanego związku zawiera centra trójpodandowe przyłączone do polisiloksanowego łańcucha głównego (rys. 1). Polimer wykazuje strukturę amorficzną ze słabo zaznaczoną przemianą szklistą w temperaturze z zakresu 10-20 °C (rys. 2, 3). Zależność logarytmu przewodnictwa od odwrotności temperatury, wyznaczona dla kompleksu polimer-sól litu, ma przebieg prostoliniowy, co sugeruje nietypowy dla polieterowych elektrolitów polimerowych mechanizm przewodnictwa, oraz brak sprzężenia pomiędzy ruchami termicznymi segmentów polimerowych a transportem jonowym (rys. 4). Liczba przenoszenia kationu litu jest stosunkowo duża, co wskazuje na znaczną ruchliwość kationu Li+ (rys. 5). W celu dokładniejszej oceny dynamiki kationu wykonano 7Li NMR uzyskanego kompleksu w szerokim zakresie temperatury i określono zależność szerokości piku od temperatury (rys. 6). Zależność ta nie wykazuje charakterystycznego przegięcia w temperaturze przemiany szklistej, co potwierdza przypuszczenie o braku sprzężenia dynamiki polimeru z dynamiką kationu. Ponadto zaobserwowano rozszczepienie piku NMR poniżej temperatury ok. -30 °C, co przypisano dwóm odmiennym koordynacjom kationu przez eterowe atomy tlenu. Badania pozwoliły na zaproponowanie nowego typu mechanizmu transportu litu w polimerze, charakterystycznego dla obecności zorganizowanych centrów podandowych (rys. 7, schemat A). Otrzymany polimer jest interesującym przykładem przewodzącej matrycy dla kationów i może stanowić podstawę do wytwarzania wysokoprzewodzących elektrolitów polimerowych do akumulatorów litowych.

Słowa kluczowe

elektrolity polimerowe ; akumulatory litowo-jonowe ; podandy ; 7Li NMR polymer electrolyte ; Li-ion battery ; podands ; solid-state ; 7Li NMR

Szczegóły

Bibliografia

Wskaźniki

Autorzy

Pobierz pliki

PDF (English)

Zasady cytowania

Walkowiak, M., Waszak, D., Osińska-Broniarz, M., & Gierczyk, B. (2011). Struktura i przewodnictwo kationów litu w nowego typu polisiloksanie z bocznymi grupami trójpodanowymi. Polimery, 56(4), 294-301. Pobrano z https://ichp.vot.pl/index.php/p/article/view/919

Bibliografia

FentonD. E., Parker J. M., Wright P. V.: Polymer 1973, 14, 589.

2. Gray F. M.: „Polymer Electrolytes”, The Royal Society of Chemistry 1997.

3. Bruce P. G.: in „Solid State Electrochemistry” (Ed. Bruce P. G.), Cambridge University Press, 1995.

4. Gokel G. W., Murillo O.: „Podands” In „Comprehensive Supramolecular Chemistry - Molecular Recognition: Receptors for Cationic Guests”, (Ed. Gokel G. W.), Elsevier, Oxford, UK 1996, Vol. 1, p. 1-34.

5. Atwood J. L., Steed J. W.: „Encyclopedia of Supramolecular Chemistry”, Marcel Dekker, Inc., New York 2004.

6. Bełtowska-Brzezińska M., Łuczak T., Gierczyk B., Eitner K., Brzeziński B., Pankiewicz R., Schroeder G.: J. Mol. Struct. 2002, 607, 77.

7. Łęska B., Pankiewicz R., Schroeder G., Maia A.: Tetrahedron Lett. 2006, 47, 5673.

8. Schroeder G., Gierczyk B., Waszak D., Kopczyk M., Walkowiak M.: Electrochem. Commun. 2006, 8, 523.

9. Schroeder G., Gierczyk B., Waszak D., Walkowiak M.: Electrochem. Commun. 2006, 8, 1583.

10. Khan I. M., Yuan Y, Fish D., Wu E., Smid J.: Macromolecules 1988, 21, 2684.

11. Oh B., Vissers D., Zhang Z., West R., Tsukamoto H., Amine K.: J. Power Sources 2003, 119-121, 442.

12. Rossi N. N. A., Zhang Z., Schneider Y, Morcom K., Lyons L. J., Wang Q., Amine K., West R.: Chem. Mater. 2006, 18, 1289.

13. Zhou G. B., Khan I. M., Smid J.: Macromolecules 1993, 26, 2202.

14. Spindler R., Shriver D. F.: Macromolecules 1988, 21, 648.

15. Spindler R., Shriver D. F.: J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 3036.

16. Siska D. P., Shriver D. F.: Chem. Mater. 2001, 13, 4698.

17. Morales E., Acosta J. L.: Electrochim. Ada 1999, 45, 1049.

18. Hooper R., Lyons L. J., Mapes M. K., Schumecher D., Moline D., West R.: Macromolecules 2001, 34, 931.

19. Zhang Z. C, Scherlock D., West R., West R., Amine K., Lyons L.: Macromolecules 2003, 36, 9176.

20. Zhang Z. C., Jin J. J., Bautista F, Lyons L. J., Shariatzadeh N., Sherlock D., Amine K., West R.: Solid State Ionics 2004, 170, 233.

21. Lee J., Kang Y, Suh D. H., Lee C.: Electrochim. Ada 2004, 50, 351.

22. Noda K., Yasuda T, Nishi Y: Electrochim. Ada 2004, 50, 243.

23. Kang Y, Lee J., Lee J., Lee C.: J. Power Sources 2007, 165, 92.

24. Nakahara H., Tanaka M., Yoon S.-Y, Nutt S.: J. Power Sources 2006, 160, 645.

25. Walkowiak M., Schroeder G., Gierczyk B., Waszak D., Osińska M.: Electrochem. Commun. 2006, 9,1558.

26. CAChe 5.04 User Guide, Fujitsu, 2003.

27. Evans J., Vincent C. A., Bruce P. G.: Polymer 1987, 28, 2324.

28. Bruce P. G., Evans J., Vincent C. A.: Solid State Ionics 1988, 28-30, 918.

29. Bruce P. G., Evans J., Vincent C. A.: Solid State Ionics 1987, 25, 255.

30. Lewandowski A., Stępniak I., Grzybkowski W.: Solid State Ionics 2001, 143, 425.

31. Łęska B., Przybylski P., Wyrwal J., Brzeziński B., Schroeder G., Rybachenko V.: J. Mol. Struct. 2005, 741, 11.

32. Capiglia C., Mustarelli P., Quartarone E., Tomasi C., Magistris A.: Solid State Ionics 1999, 118, 73.

33. Chung S. H., Wang Y., Persi L., Croce P., Greenbaum S. G., Scrosati B., Plichta E.: J. Power Sources 2001, 97-98, 644.

34. Böhmer R., Jeffrey K. R., Vogel M.: Spectroscopy 2007, 50, 87.

35. Jeon J.-D., Kwak S.-Y: Macromolecules 2006, 39, 8027.

36. Every H. A., Zhou P., Forsyth M., McFerlaine D. R.: Electrochimica Ada 1998, 43, 1465.

Google Scholar

Cytowania w Google Scholar

Statystyki

Total abstract views : 130

PDF Downloads : 75

M. Walkowiak polimery@ichp.pl

D. Waszak

M. Osińska-Broniarz

B. Gierczyk