ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ СТРУКТУРОЙ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ИОНОПРОВОДЯЩИХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ ОЛИГОМЕРОВ И СОЛИ ПЕРХЛОРАТА ЛИТИЯ

Твердые полимерные электролиты (ТПЭ) могут выступать в качестве ионопроводящего материала в различных электрохимических устройствах. Значительные усилия исследователей в области полимеров направлены на достижение высокой ионной проводимости одновременно с улучшенной механической стабильностью ТПЭ. Целью данной работы является исследование взаимосвязи между структурой, электрическими и диэлектрическими свойствами сшитого ионопроводящего полимера на основе смеси олигомеров, которые имеют сходные функциональные эпоксидные группы. Методами дифференциальной сканирующей калориметрии, широкоугловой дифракции рентгеновских лучей и широкополосной диэлектрической спектроскопии изучено влияние содержания соли перхлората лития на структуру и свойства полимерных систем, синтезированных на основе эпоксидного алифатического олигомера – диглицидилового эфира полиэтиленгликоля ДЭГ-1 и эпоксидиановой смолы ЭД-20, отверждение которых проводилось полиэтиленполиамином. Установлено, что температура стеклования синтезированных систем возрастает с увеличением количества соли LiClO4, что связано с образованием координационных комплексов между катионами лития и атомами макромолекулярных цепей ДЭГ-1 и ЭД-20. Присутствие на широкоугловой рентгеновской дифрактограмме одного дифракционного максимума диффузного типа, угловое значение которого составляет приблизительно 19,6, свидетельствует, что системы являются аморфными и характеризуются ближним порядком при трансляции в пространстве фрагментов их межузловых молекулярных звеньев. Действительные составляющие диэлектрической проницаемости и комплексной электрической проводимости зависят от содержания соли перхлората лития и температуры, при которой проводились измерения. Максимальный уровень ионной проводимости и диэлектрической проницаемости выявлен при повышенных температурах у систем, синтезированных с концентрацией соли перхлората лития 30 м. ч. 

1. Ionic conductivity in polyethylene-b-poly(ethylene oxide)/lithium perchlorate solid polymer electrolytes / L.A. Guilherme [et al.] // Electrochim. Acta. – 2007. – Vol. 53, №4. – P. 1503–1511.

2. Chai, M.N. Investigation on the conduction mechanismof carboxyl methylcellulose-oleic acid natural solid polymer electrolyte / M.N. Chai, M.I. N. Isa // Int. J. Adv. Technol. Eng. Res. – 2012. – Vol. 2, №6. – P. 36–39.

3. Solid polymer electrolytes based on polyethylene oxide and lithium trifluoro-methane sulfonate (PEO–LiCF3SO3): Ionic conductivity and dielectric relaxation / N.K. Karan [et al.] // Solid State Ionics. – 2008. – Vol. 179, №19–20. – P. 689–696.

4. Supramolecular polymer/metal salt complexes containing quadruple hydrogen bonding units / Kyung Ju Lee [et al.] // J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. – 2007. – Vol. 45. – P. 3181–3188.

5. Guhathakurta, S. Lithium sulfonate promoted compatibilization in single ion conducting solid polymer electrolytes based on lithium salt of sulfonated polysulfone and polyether epoxy / S. Guhathakurta, K. Min // Polymer. – 2010. – №51. – P. 211–221.

6. Free mesogen assisted assembly of the star-shaped liquid-crystalline copolymer/polyethylene oxide solid electrolytes for lithium ion batteries / Yo. Tonga [et al.] // Electrochim. Acta. – 2014. – №118. – P. 33–40.

7. Klongkan, S. Effects of the addition of LiCF3SO3 salt on the conductivity, thermal and mechanical properties of PEOLiCF3SO3 solid polymer electrolyte / S. Klongkan, J. Pumchusak // Int. J. Chem. Eng. Appl. – 2015. – Vol. 6, №3. – P. 165–168.

8. Dey, А. Effect of nanofillers on thermal and transport properties of potassium iodide–polyethylene oxide solid polymer electrolyte / А. Dey, S. Karan, S.K. De // Solid State Communications. – 2009. – Vol. 149, №31–32. – P. 1282–1287.

9. Das, S. Ionic conductivity and dielectric permittivity of PEO-LiClO4 solid polymer electrolyte plasticized with propylene carbonate / S. Das, A. Ghosh // AIP Advances. – 2015. – Vol. 5, №2. – Id. 027125.

10. Karmakar, A. Structure and ionic conductivity of ionic liquid embedded PEO-LiCF3SO3 polymer electrolyte / A. Karmakar, A. Ghosh // AIP Advances. – 2014. – №4. – Id. 087112.

11. A review of lithium and non-lithium based solid state batteries / J.G. Kim [et al.] // J. Power Sources. – 2015. – №282. – P. 299–322.

12. Co-continuous structural electrolytes based on ionic liquid, epoxy resin and organoclay: Effects of organoclay content / Ya. Yu [et al.] // Materials & Design. – 2016. – №104. – P. 126–133.

13. Effects of curing agent on conductivity, structural and dielectric properties of an epoxy polymer / W. Jilani [et al.] // Polymer. – 2015. – №79. – P. 73–81.

14. Development of a novel type of solid polymer electrolyte for solid state lithium battery applications based on lithium enriched poly (ethylene oxide) (PEO)/poly (vinyl pyrrolidone) (PVP) blend polymer / B. Jinisha [et al.] // Electrochim. Acta. – 2017. – №235. – P. 210–222.

15. Soumen, J. Electrical conductivity enhancement of a polymer using butyl glycidyl ether (BGE)–lithium hexafluorophosphate (LiPF6) complex / J. Soumen, Zh. Wei-Hong // J. Mater. Sci. – 2008. – №43. – P. 4607–4617.

16. Polu, A.R. Ionic liquid doped PEO-based solid polymer electrolytes for lithium-ion polymer batteries / A.R. Polu, H.-W. Rhee // Int. J. Hydrogen Energy. – 2017. – №42. – P. 7212–7219.

17. Study of ageing effects in polymer-in-salt electrolytes based on poly(acrylonitrile-co-butyl acrylate) and lithium salts / A.K. Łasińska [et al.] // Electrochim. Acta. – 2015. – №169. – P. 61–72.

18. Штомпель, В.И. Структура линейных полиуретанов / В.И. Штомпель, Ю.Ю. Керча. – Киев: Наук. думка, 2008. – 247 с.

19. Вплив перхлорату літію на структуру епоксидних полімерних композитів / Л. Матковська [та ін.] // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2017. – Т. 15, №1. – С. 175–184.