Предложен путь улучшения Li-Ion мембран для батарей

Схематическое изображение процесса создания тонких пленок наноструктурированного блок-полимера. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение процесса создания тонких пленок наноструктурированного блок-полимера. (кликните картинку для увеличения)

21.01.2015 (10:20)
Просмотров: 1515
Рейтинг: 2.00
Голосов: 1

Теги:
батарея, ион, полимер, спектроскопия,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
При помощи метода, известного как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с распылением положительно заряженных ионов C60, группа исследователей из США пыталась определить, как ионы лития распределены в тонких пленках наноструктурированного блок-полимера. Это материалы с ионной проводимостью, которые обычно используют в таких сферах, как аккумуляторные батареи, топливные ячейки и шаблоны для нанолитографии. Опубликованная исследователями работа показывает, как в перспективе можно улучшить ионные структуры.

Блок-сополимеры состоят из отдельных нитей полимеров, соединенных друг с другом посредством ковалентных связей. Эти волокна иногда образуют фазы, оптимальные для формирования наноразмерных структур, которые самостоятельно собираются в сложные рисунки.

Недавно исследователи из University of Delaware (США) и Massachusetts Institute of Technology (MIT, США) проводили эксперименты с блок-сополимерами, содержащими ион-сольватирующий блок (например, полиэтиленоксид или ПЭО) и непроводящий блок (например, полистирол). В совокупности эти материалы могут формировать идеальные мембраны аккумуляторных батарей, поскольку они менее легковоспламеняющиеся, чем традиционные жидкие или гелеобразные электролитные системы.

Напоминающий жидкость полиэтиленоксид (который, как правило, формирует соединение с солью металла, например, литиевой), обеспечивает пути для ионной проводимости, а блок полистирола механически и термически стабилен. Поскольку эти два полимера сохраняют многие свои «персональные» свойства, даже когда связаны вместе внутри блок-полимера, подобные материалы позволяют проектировать батареи с требуемой ионной проводимостью и механическими свойствами.

Предыдущие работы, направленные на изучение взаимосвязи внутри наноразмерой структуры полиэтиленоксида и полистирола, легированных солью лития, а также на исследование ионной проводимости этих материалов, показало, что проводимость может либо увеличиваться, либо уменьшаться, если молекулярный вес блока полиэтиленоксида увеличивается. В попытке уточнить эту неоднозначность, исследователи использовали фотоэлектронную рентгеновскую спектроскопию с распылением положительно заряженных ионов C60, чтобы понять, как ионы распределены в тонких пленках сополимера, содержащего полистирол и полиэтиленоксид.

Методика фотоэлектронной рентгеновской спектроскопии позволяет измерить элементный состав поверхности. Она также позволяет определять химические и электронные состояния атомов в образце. Спектры в рамках этой методики получают путем облучения материала пучком рентгеновских лучей, измеряя кинетическую энергию и число электронов, которые отражаются от поверхностного слоя материала (от 0 до 10 нм глубины). Ионы C60 в рамках упомянутой работы использовались для модификации данной методики – проникновения через полимерную пленку, чтобы исследовать элементный состав, в зависимости от глубины. Как считают сами ученые, эти частицы сыграли важную роль в успехе исследования, поскольку они были в состоянии смягчить ущерб от распыления ионов (наносимый, как правило, при «травлении» полимерных материалов в рамках аналогичных экспериментов при помощи ионов Ar+).

Благодаря «глубинному» изучению структуры с помощью ионов C60, выяснилось, что ионы лития распределяются внутри практически равномерно. Этот результат имеет решающее значение для понимания того, как соли влияют на ионную проводимость наноструктурированных систем. В перспективе он поможет в разработке усовершенствованных ионных систем для таких приложений, как аккумуляторные батареи или топливные ячейки.

К слову, упомянутая методика глубинного изучения при помощи ионов C60 может быть также использована для анализа наноструктуры различных мягких материалов. Подробные результаты работы, а также описание предложенной методики опубликованы в журнале ACS Nano.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное

Детальное описание купить тыквенные семечки на сайте.
Rambler's Top100