Спосіб одержання полімерного твердотільного електроліту

Спосіб одержання полімерного твердотільного електроліту, який включає полімеризацію мономеру в присутності солі лужного металу в полярному безводному органічному розчиннику, та ініціатор, який відрізняється тим, що як ініціатор використовують пероксид бензоїлу в кількості 1,75¸2,50 мас. % від мономеру, як мономер використовують акрилонітрил, а полімеризацію ведуть при 65-80°С при вихідному співвідношенні акрилонітрил:пропіленкарбонат:LiClO4, рівному 25:71:4. (19) (21) 97115513 (22) 18.11.1997 (24) 15.12.2000 (33) UA (46) 15.12.2000, Бюл. № 7, 2000 р. (72) Ковальчук Євген Прокопович, Ковалишин Ярослав Степанович, Панкевич Роман Володимирович, Решетняк Олександр Володимирович (73) ЛЬВІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. І. ФРАНКА 30596 Приклад З. А. До розчину, приготованого аналогічно прикладу 1 А, додають 0,1868 г пероксиду бензоїлу. Розчин полімеризуть протягом 7 годин при 75°С. Молекулярна маса поліакрилонітрилу 27000. Електропровідність такого зразка електроліту 8,33×10-4 Ом-1×см-1 при 20°С. Б. Виготовляють вторинне джерело струму аналогічно прикладу 1 Б з електролітом, одержаним відповідно до З А. Напруга розімкненого кола такого елемента 3,6 В, цикльованість - 100 циклів, ємкість - 1000 мА×год і віддача за ємкістю 90%. Приклад 4. А. Готують розчин для полімеризації, аналогічно прикладу 2 А. Полімеризацію ведуть при 80°С протягом 5 годин. Молекулярна маса поліакрилонітрилу, одержаного в даних умовах, становить 26000. Електропровідність електроліту при 20°С 7,69×10-4 Ом-1×см-1. Б. Складають вторинне джерело струму аналогічно прикладу 1 Б з електролітом, одержаним згідно з 4 А. Напруга розімкненого кола одержаного елемента 3,6 В, ємкість 990 мА×год, коефіцієнт віддачі за ємкістю 88% і цикльованість - 98 циклів. Приклад 5. А. До розчину приготовленого аналогічно прикладу 1 А, додають 0,2076 г пероксиду бензоїлу (2,5 мас. %). Розчин полімеризують в умовах, аналогічних прикладу 4 А. Молекулярна маса полімерного продукту 24000. Електропровідність 7,69×10-4 Ом-1×см-1 при 20°С. Б. Виготовляють вторинне джерело струму аналогічно прикладу 1 Б, використовуючи електроліт, одержаний згідно з 5 А. Напруга розімкненого кола такого елемента 3,5 В, ємкість 960 мА×год, коефіцієнт віддачі за ємкістю 87% і цикльованість 97 циклів. Умови одержання полімерного твердотільного електроліту, деякі його фізико-хімічні властивості та характеристики вторинного хімічного джерела струму з його використанням наведено в таблиці. Як видно з таблиці, одержаний згідно з запропонованим способом електроліт має відносно високу електропровідність, яка залежить від молекулярної маси поліакрилонітрилу. Таким чином, запропонований спосіб одержання полімерного твердотільного електроліту, на відміну від прототипу, дозволяє одержувати електроліт в одну стадію без використання необхідної для електрополімеризації апаратури з електропровідністю порядку 10-4 Ом-1×см-1, тоді як в прототипі електропровідність становить 10-4-6 -1 -1 10 Ом ×см . Також одержаний електроліт достатньо пластичний без додаткового введення пластифікатора, як це пропонується в прототипі. Крім цього, при використанні полімерного твердотільного електроліту, одержаного запропонованим способом, у хімічних джерелах струму відпадає необхідність застосовувати сепаратор і виключається можливість витоку рідкого компоненту електроліта. присутності необхідних додаткових складників невідоме. Відмінними ознаками, що відрізняють запропонований винахід від прототипу є: - як мономер використовується акрилонітрил; - ініціювання полімеризації органічним пероксидом тоді, як у випадку прототипу ініціювання електрохімічне; - одержання готового електроліту в одну стадію, бо вихідна полімеризаційна суміш готується таким чином, що виключається необхідність випаровування частини розчинника після завершення процесу; - електроліт на основі низькомолекулярного поліакрилонітрилу має таку консистенсію, що виключає необхідність додаткового введення пластифікатора, як пропонується в прототипі; - відсутність складного апаратурного оформлення (джерело живлення, контролюючі та регулюючі пристрої, електроди, електролізер). Тільки в сукупності всіх операцій досягається передбачуваний результат. Винахід ілюструється прикладами. Приклад 1. А. Готують розчин LiClO4 і акрилонітрилу в пропіленкарбонаті, виходячи із наступного мольного співвідношення компонентів акрилонітрил:LiClO4:прополенкарбонат 25:4:71, відповідно. Для цього розчиняють 2,66 г LiClO4 в 37,6 мл пропіленкарбонату, додають 10,3 мл акрилонітрилу і 0,1453 г пероксиду бензоїлу (1,75 мас. % від мономеру). Одержаний розчин полімеризують при 65°С протягом 9 год. При цьому одержується пастоподібний продукт, готовий до використання. Молекулярна маса чистого полімерного продукту за результатами віскозиметрії становить 63000. Електропровідність одержаного зразка електроліту у вигляді таблетки діаметром 10 мм і товщиною 5 мм становить 3,57×10-4 Ом-1×см-1 при 20°С. Даний електроліт може бути використаний, наприклад, у вторинному джерелі струму. Б. Виготовляють вторинне джерело струму призматичного типу Li/LiV3O8. Активну масу електродів напресовують на латунні сітчасті колектори розміром 38´21 мм, між якими наносять шар, одержаного згідно з 1 А, полімерного твердотільного електроліту товщиною 2 мм. Одержане ХДС має напругу розімкненого кола 3,4 В, ємкість 700 мА×год і коефіцієнт віддачі за ємкістю 70%. Витримує 92 розряд-зарядних цикли. Приклад 2. А. До розчину, приготовленого аналогічно прикладу 1 А, додають 0,1868 г пероксиду бензоїлу (2,25 мас. %). Розчин полімеризують 9 годин при 65°С. Молекулярна маса полімерного продукту 48000. Електропровідність одержаного електроліту 6,67×10-4 Ом-1×см-1 (при 20°С). Б. Виготовляють вторинне джерело струму аналогічно прикладу 1 Б з електролітом, одержаним згідно з 2 А. Напруга розімкненого кола одержаного елемента 3,4 В, ємкість 770 мА×год, коефіцієнт віддачі за ємкістю 74% і цикльованість 96 циклів. 2 30596 Таблиця № прикладу Концентрація пероксиду бензоїлу, мас. % Температура, °С Час полімеризації, год Молекулярна маса поліакрилонітрилу -3 ´10 Електропровідність -4 ´10 , -1 -1 Ом ´см Напруга розімкненого ланцюга, В Ємкість, мА´год Коефіцієнт віддачі за ємкістю, % Кількість циклів заряду-розряду Умови одержання полімерного твердотільного електроліту, його фізико-хімічні властивості та параметри вторинного хімічного джерела струму з його використанням 1 2 3 4 5 1,75 2,25 2,25 2,25 2,50 65 65 75 80 80 9 9 7 5 5 63 48 27 26 24 3,57 6,67 8,33 7,69 7,69 3,4 3,4 3,6 3,6 3,5 700 770 1000 990 960 70 74 90 88 87 92 96 100 98 97 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3