Органо-неорганічний полімерний літійпровідний матеріал

Органо-неорганічний полімерний літійпровідний матеріал, що являє собою продукт взаємодії полімерної матриці з літієвою сіллю і отриманий отвердненням при 20-80 °С реакційної суміші, який відрізняється тим, що він містить як полімерну матрицю поліетерсечовину на основі поліоксіетиленгліколю з триетоксисилільними групами загальної формули: O O Корисна модель належить до композиції високомолекулярних сполук з використанням органічних та неорганічних компонентів і призначена як органо-неорганічний полімерний електроліт в галузі мікроелектроніки та комп'ютерної техніки. Відомі полімерні електроліти, які використовуються в літієвих хімічних джерелах струму. Вони складаються з полімерної матриці та диспергованих в неї літієвих солей (LiCIO4, LiPF6, LiAsF6, LiBF6, CF3SO3Li та ін.). Для виготовлення твердих полімерних електролітів використовують різні полімери, в склад основного ланцюга яких входять електронодонорні відносно різних катіонів групи, що забезпечує їх іонну провідність [1, 3]. Як такі частіше всього використовують поліетиленоксиди и поліетиленіміни різної молекулярної маси [1-6]. Однак, отримані на сьогоднішній день тверді полімерні електроліти, як правило, мають низьку іонну -5 -8 провідність при кімнатній температурі (10 -10 См/см). (13) , Прототипом даної корисної моделі є органонеорганічний полімерний літійпровідний матеріал на основі поліетиленоксиду BDH, Polyox WSR5 301,MM6 × 10 та диспергованих в ньому перхлорату або перфторборату літію при молярних співвідношеннях компонентів 20:1, 8:1 та 2:1 рівень -8 -5 провідності 10 -10 См/см [7]. Задачею корисної моделі є створення органонеорганічного полімерного літійпровідного матеріалу, що забезпечує більш високі значення іонної провідності. Поставлена задача вирішується тим, що органо-неорганічний полімерний літійпровідний матеріал, що являє собою продукт взаємодії полімерної матриці з літієвою сіллю, отриманий отвердненням реакційної суміші при 20-80 °C, згідно із запропонованою корисною моделлю як полімерну матрицю містить поліетер на основі поліоксіетиленгліколю з триетоксисилільними групами поліетерсечовину загальної формули: 62378 (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-SO3Li (11) O UA де , як літієву сіль - літієву сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру загальної формули: , де R=1,4-C6H4, при наступному співвідношенні компонентів в мас. %: поліетерсечовина 20,0-40,0 літієва сіль 60,0-80,0. (19) R=2,4-,2,6-C6H3(CH3) U (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-NH-C-O-[CH2-CH2-O]22-C-NH-R-NH-C-NH-(CH2)3-Si(OC2H5) 3 62378 O 4 O O O (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-NH-C-O-[CH2-CH2-O]22-C-NH-R-NH-C-NH-(CH2)3-Si(OC2H5) , зв'язок, SO3H групи знаходяться в інтервалі 1150-1 1210 см Склад запропонованого матеріалу був підібраний таким чином, щоб забезпечувався більш високий рівень іонної провідності. Полімерний матеріал готували змішуванням компонентів при заданих співвідношеннях. Отримана вихідна суміш на вигляд світлого кольору, в'язкотекуча, час живучості - 8 годин. Отверднення вихідної суміші для отримання органо-неорганічного полімерного літійпровідного матеріалу здійснювали спільною конденсацією вихідних етоксисилільних олігомерів при співвідношенні поліетеуретансечовини на основі поліетиленгліколю з триетоксисилільними групами до літієвої солі сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру 20:80, 40:60 мас. % Суть корисної моделі пояснюється наступними прикладоми. Приклад 1 Поліетер з триетоксисилільними групами, який містить поліетерсечовину сегментної будови: синтезували методом золь-гель конденсації олігоетеуретансечовини з триетоксисилільними групами і загальної формули: R=2,4-,2,6-C6H3(CH3) де , як літієву сіль - літієву сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру загальної формули: O (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-SO3Li , де R=1,4-C6H4, при наступному співвідношенні компонентів в мас. % поліетерсечовина 20,0-40,0 літієва сіль 60,0-80,0. Структура отриманих вихідних сполук підтверджується даними ІЧ-спектроскопії. В ІЧ-спектрах поліетерсечовини присутні смуги поглинання уре-1 танових груп С=О при 1720 см та NH при 3300 -1 -1 см , С-O-С зв'язок при 1050,1250 см ,Si-О-С зв'яз-1 ки при 1000-1160 см . В ІЧ-спектрах літієвої солі сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру присутні смуги пог-1 линання уретанових груп С=O при 1720 см та NH -1 -1 при 3300 см С-О-С зв'язок при 1050,1250 см ,S-O O O O O (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-NH-C-O-[CH2-CH2-O]22-C-NH-R-NH-C-NH-(CH2)3-Si(OC2H5) де R=2,4-,2,6-C6H3(CH3) HO-[CH2-CH2-O]22-H . +2OCN-R-NCO O , Олігоетеуретансечовину з триетоксисилільними групами і отримували по схемі: O O +2H2N-(CH2)3-Si(OC2H5) OCN-R-NH-C-O-[CH2-CH2-O]22-C-NH-R-NCO O O O (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-NH-C-O-[CH2-CH2-O]22-C-NH-R-NH-C-NH-(CH2)3-Si(OC2H5) R=2,4-,2,6-C6H3(CH3) Літієву сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру синтезували взаємодією 3(ізоціанатопропіл)триетоксісилану з літієвою сіллю 4–амінобензолсульфокислоти в 20 % розчині диметилсульфоксиду в струмі азоту та використову вали у вигляді розчину. Літієву сіль 4амінобензолсульфокислоти отримували нейтралізацією вказаної кислоти еквімолярною кількістю LiOH O (C2H5O)3Si-(CH2)3-NCO+H2N-R-SO3Li де R=1,4-C6H4. Отриману літієву сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру змішували з поліетеруретансечовиною з кінцевими етоксисилільними групами, процентне співвідношення літієва сіль: поліетеруретансечовина 80:20. Приклад 2 Олігоетеуретансечовину з триетоксисилільними групами та літієву сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру отримували згідно з прикладом 1, процентне співвідношення літієва сіль: поліетеруретансечовина 60:40. (C2H5O)3Si-(CH2)3-NH-C-NH-R-SO3Li Отверднення вихідної суміші для отримання літійпровідного матеріалу здійснювали спільною золь-гель конденсацією вихідних етоксисилільних олігомерів при співвідношенні поліетеуретансечовини на основі поліетиленгліколю з триетоксисилільними групами до літієвої солі сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру 20:80, 40:60. Зольгель конденсацію преполімерів з кінцевими триетоксисилільними групами проводили з використанням як каталізатора 0,1 н розчину сірчаної кислоти. До одержаних розчинів преполімерів в диметилсульфоксиді додавали розраховану на кожну етоксильну групу кількість води, що містить 5 62378 0,1 н розчин сірчаної кислоти та витримували при температурі 20 °C до початку процесу гелеутворення. Потім отримані розчини виливали на тефлонову підкладку та висушували протягом доби при температурі 20 °C, а далі 6 год. при температурі 80 °C і 2 год. при температурі 120 °C. В результаті отримували прозорі плівки. Отверділий полімер має такі фізико-механічні властивості міцність на розрив -5 МПа, подовження при розриві - 50 %. Значення провідності постійного струму органо-неорганічного полімерного літійпровідного електроліту наведено в табл. Іонна провідність отриманої полімерної композиції визначалась методом діелектричної релаксаційної спектроскопії в температурному інтервалі 6 від 20 °C до 120 °C в діапазоні частот від 0,1 до 100 кГц. Товщину зразка вимірювали після закінчення експерименту. Розрахунки проводили з використанням наступної формули: dc  d /(S  Rdc ) , де d - товщина зразка (см), dc - провідність при постійному струмі (См/см), S - площа зразка (см ), Rdc - об'ємний опір при постійному струмі (Ом). Значення іонної провідності отверділого органо-неорганічного літійпровідного матеріалу наведено в таблиці. 2 Таблиця іонна провідність отверділого органо-неорганічного літійпровідного матеріалу № п/п 1 2 3 100 °C -5 5,6 × 10 -4 1,3 × 10 -3 10 Залежність dds від температур, См/см 80 °C 60 °C 40 °C -5 -5 -6 7,9 × 10 2,5 × 10 7,9 × 10 -4 -5 -5 1,3 × 10 7,9 × 10 4,0 × 10 -4 -6 -7 10 10 10 1 - запропонований органо-неорганічний літійпровідний матеріал - полімерна суміш (літієва сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру, поліетеруретансечовина), процентне співвідношення компонентів 80:20, 2 - запропонований органо-неорганічний літійпровідний матеріал - полімерна суміш (літієва сіль сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру, поліетеруретансечовина), процентне співвідношення компонентів 60:40, 3 - літійпровідний матеріал за прототипом. Таким чином, запропонований органонеорганічний полімерний літійпровідний матеріал для паливних елементів на основі суміші поліетерсечовини та літієвої солі сульфовмісного кремнійорганічного олігомеру з триетоксисилільними групами, який отриманий методом золь-гель конденсації, який характеризується вищою іонною провідністю в порівнянні з прототипом в інтервалі Комп’ютерна верстка Л. Купенко 20 °C -6 1,6 × 10 -6 4,0 × 10 -8 10 температур від 20 до 60 °C та більш дешевий в отриманні. Джерела інформації: 1. Колосницын B.C., Духанин Г.П., Думлер С.А., Новаков И.А. II Журнал прикладной химии.2005.-78, №1. - С.3-16. 2. Не Х., Shi Q., Zhou X., Wan С, Jiang С. II Electrochim.Acta.-2005.-51, №6-P.1069-1075. 3.Liang W.J., Kuo P.L.II Macromolecules.-2004.37, №3. - P.840-845. 4.Tanaka R., Sakurai M, Sekiguchi H., Inoue M.II Electrochim.Acta.-2003.-48, №14-16.-P.2311-2316. 5.Ghosh B.D., Lott K.F., Ritchie J.E.II Chem.Mater.-2005.-17, №3. - P.661-669. 6.Barker R.E.II Pure & Appl.Chem.-1976.-46, №2-4. - P.157-170. 7.Piercarlo Mustarelli", Eliana Quartarone, Corrado Tomasi, Aldo Magis //State Ionics-1996-8688. - P347-351 (прототип) Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601