Анотація до роботи:

Поліщук Ю.В. Електрохімічні властивості системи сульфідний електрод - полімерний електроліт, перспективної для розробки літієвого акумулятору. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2002 р.

Дисертація присвячена вивченню електрохімічних властивостей системи катод на основі ферум дисульфіду – полімерний електроліт.

Методами рентгенофазового, термічного аналізу та ІЧ-спектроскопії встановлені структурні характеристики порошків природного (фракція 70 та 40 мкм) та синтезованого при різних умовах ферум дисульфіду (фракція 30-40 нм). Досліджений вплив природи літієвої солі на провідність полімерного електроліту. Провідність полімерних електролітів складає 10^-3 См/см.

Методом імпедансної спектроскопії доказано, що полімерні електроліти на основі модифікованого хлором ПВХ є менш реакційно здібні по відношенню до літієвого аноду, ніж вихідний ПВХ. Показаний вплив компонентів електроліту та природи літієвої солі на термостабільність полімерного матеріалу та ефективність циклування всієї системи в цілому.

Досліджена взаємодія між ферум дисульфідом та компонентами неводних електролітів. Встановлено, що ця взаємодія значною мірою встановлюється наявністю на поверхні катодного матеріалу примісних сполук та вологи.

Показано, що система Li - полімерний електроліт - FeS₂ спроможна до ефективного циклування в діапазоні потенціалів 1,1 – 2,7В. Розрядна ємність становить ~ 400 Агод/кг впродовж 200 циклів.

1. Розроблена електрохімічна літієва систему з катодом на основі ферум дисульфіду та полімерним електролітом на основі модифікованого полівінілхлориду, яка ефективно циклується при кімнатній температурі.

2. На підставі даних рентгенофазового аналізу встановлено, що походження та умови синтезу ферум дисульфіду впливають на його структурні характеристики. Величина дійсної густини твердої фази синтезованого нано-піриту (3,171 г/см³) значно менша, ніж для природного піриту (4,93 г/см³).

3. На відміну від зразків природного піриту, синтезований матеріал містить деяку кількість марказиту та сірки, яка додається при синтезі FeS₂. Співвідношення цих компонентів може змінюватися в залежності від умов синтезу порошків нано-FeS₂.

4. Синтезований нано-FeS₂ має величину питомої поверхні на порядок вищу, ніж у природного піриту.

5. Розроблений метод формування плівки полімерного електроліту на основі ХПВХ, який забезпечує однорідне розподілення усіх компонентів електроліту по його поверхні, та низький імпеданс системи з двома літієвими електродами.

6. Встановлено, що провідність полімерного електроліту зростає в ряду LiCF₃SO₃6~LiBF₄4. Питома провідність полімерного електроліту має той же порядок, що і провідність неводних рідинних електролітів на основі апротонних розчинників.

7. Розроблений полімерний електроліт на основі модифікованого хлором полівінілхлориду може бути застосований при розробці Li-FeS₂ вторинної батареї.

8. Встановлено, що система Li-FeS₂ з полімерним електролітом на основі ХПВХ ефективно циклується в області потенціалів 1,1 – 2,7В.

9. В системі з катодом на основі синтезованого ферум дисульфіду, в порівнянні з природним піритом, ємність на першому розряді більше. Використання синтезованого FeS₂ у якості катодного матеріалу, перспективно для розробки високоенергоємного літієвого первинного джерела струму з полімерним електролітом на основі ХПВХ.

10. Катоди на основі синтезованого дисульфіду заліза характеризуються більш стабільною здатністю до циклування, в порівнянні з природним піритом.

11. Випробування лабораторних зразків акумуляторів на основі системи Li-FeS₂ з полімерним електролітом методом гальваностатичного циклування показали, що система ефективно циклується в продовж 200 циклів з ємністю 300-400 Агод/кг.

Публікації автора:

1. Шембель Е.М., Недужко Л.И., Полищук Ю.В., Максюта И.М., Черваков О.В., Рыбалка А.Г., Рейзнер Д. Исследование обратимой работы литиевой вторичной батареи с катодом на основе дисульфида железа. // Вопросы хим. и хим. технологии. – 2000. - №1. - С.350-351.

2. Shembel E.M., Chervakov O.V., Neduzhko L.I.,. Maksyuta I.M, Polischuk Yu.V., Reisner D.E., Novak P., Meshri D.. Investigation of the stability of chlorinated PVC-based polymer electrolyte for lithium power sources // Journal of Power Sources – 2001. – Vol.96. - Р. 20-28.

3. Полищук Ю.В., Недужко Л.И., Максюта И.М., Баскевич О.В., Черваков О.В., Рыбалка А.Г., Шембель Е.М., Рейзнер Д. Структурные характеристики и электрохимические свойства дисульфида железа – катодного материала для литиевых источников тока. // Вопросы хим. и хим. технологии. – 2001. - №4. – с. 98-101.

4. Полищук Ю.В., Шембель Е.М., Недужко Л.И. Исследование обратимой работы литиевых источников тока с катодом на основе дисульфида железа. // Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. – Дніпропетровськ. – 1999. – с.104.

5. Shembel E.M., Neduzhko L.I., Chervakov O.V., Kylyvnyk K.Y., Maksyuta I.M., Polischuk Yu.V., Ye H., Xiao T.D., Reisner D.E.. Lithium-Iron Disulfide Systems in Liquid and Polymer Nonaqueous Electrolytes. // 195^th Meeting of the Electrochemical Society, Seattle, Washington, USA, May 2-6, 1999, Abstr. 59.

6. Shembel E.M., Maksyuta I.M., Neduzhko L.I., Chervakov O.V., Polischuk Yu.V., Reisner D.E., Xiao T.D. The Redox Properties of the Films of Thermal Sprayed FeS₂ in Liquid and Polymeric Nonaqueous Electrolytes. // 197^th Meeting of The Eectrocemical Society, The Sheraton Centre, Toronto, Canada, May 14-18, 2000, Abstr. 43.

7. Shembel E.M., Neduzhko L.I., Chervakov O.V., Maksyuta I.M., Kylyvnyk K.Ye., Polischuk Yu.V., Reisner D.E., Xiao T.D. Effect of Iron Disulfide Structure and Nonaqueous Electrolyte Composition on the Characteristics of High-Energy Li-FeS₂ System. // 10^th International Meeting on Lithium Batteries “Lithium 2000”, Villa Erba Conference Center, Como, Italy, May 28 – June 2, 2000, Abstr.341

8. Шембель Е.М., Недужко Л.И., Полищук Ю.В., Максюта И.М., Черваков О.В., Рыбалка А.Г., Рейзнер Д. Влияние структуры дисульфида железа и состава неводного электролита на электрохимические свойства Li-FeS₂ вторичной батареи. // VI Международная конференция “Литиевые источники тока”, Новочеркасск, Россия. – 2000. - с. 97.

9. Черваков О.В., Шембель Е.М., Глоба Н.И., Максюта И.М., Задерей Н.Д., Рібалка А.Г., Полищук Ю.В., Коломоец О.В. Перспективные модифицирующие добавки для литиевых источников тока. // VI Международная конференция “Литиевые источники тока”, Новочеркасск, Россия. – 2000. - с. 89.

10. Shembel E.M., Chervakov O.V., Novak P., Neduzhko L.I., Reisner D.E., Meshri D., Polischuk Yu.V., Ribalka A.G.. Polymer electrolytes for Li-FeS₂ secondary battery operational at room temperature. // 6^th International Symposium Systems with Fast Ionic Transport, Cracow, Poland, May 9-12, 2001, Abstr. IV-O1.