Otrzymywanie i zastosowanie funkcjonalizowanych napełniaczy hybrydowych SiO2/F-SF POSS w żelowych elektrolitach polimerowych

• Autorzy: Szwarc-Rzepka K. , Walkowiak M. , Osińska-Broniarz M. , Dutkiewicz M. , Maciejewski H. , Jesionowski T.

Warianty tytułu

EN

Preparation of functionalised SiO2/F-SF poss hybrid fillers and their application in gel polymer electrolytes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Metodą odparowania rozpuszczalnika wytwarzano układy hybrydowe SiO2/POSS. Do modyfikacji powierzchni krzemionki uwodnionej lub otrzymanej techniką emulsyjną zastosowano oktakis(dimetylosiloksy-1,1',2,2',3,3',4,4'-oktafluoropentyloksypropylo) oktasilseskwioksan (F-SF POSS). Efektywność modyfikacji napełniaczy potwierdzano przy użyciu spektroskopii w podczerwieni (FT-IR) oraz jądrowego rezonansu magnetycznego (29Si oraz 13C CP MAS NMR). Określano parametry struktury porowatej wytworzonych napełniaczy hybrydowych, takie jak: powierzchnia właściwa BET, średnica oraz objętość porów. Układy hybrydowe poddano ponadto analizie dyspersyjnej (metodą nieinwazyjnego wstecznego rozproszenia światła — NIBS) oraz morfologicznej (za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej TEM). Otrzymane modyfikowane napełniacze zastosowano jako dodatek do żelowych elektrolitów polimerowych. Elektrolity żelowe uzyskano na drodze aktywacji suchych membran kompozytowych w ciekłym roztworze soli litu. Badania elektrochemiczne obejmowały pomiary przewodnictwa właściwego techniką spektroskopii impedancyjnej w szerokim zakresie temperatury oraz wyznaczenie okien potencjałowych techniką liniowej woltametrii cyklicznej. Dodatek kompozytów POSS wpływa korzystnie na transport kationów litu, zwiększając przewodnictwo żeli na bazie PVdF/HFP w temperaturze pokojowej o ponad jeden rząd wielkości. Obserwowany wzrost przewodnictwa jest słabo skorelowany z ich zdolnością do absorpcji fazy ciekłej. Stabilność anodowa żeli rośnie nieznacznie w wyniku dodania napełniaczy POSS do membran PVdF/HFP. Badane napełniacze wykazują obiecujące właściwości w kontekście przyszłych prac badawczo-rozwojowych nad nowatorskimi elektrolitami stałymi do akumulatorów litowych o zwiększonym poziomie bezpieczeństwa.

EN

Hybrid SiO2/POSS fillers were obtained using the method based on solvent evaporation. Octakis({1,1,2,2,3,3,4,4-octafluoropentyloxypropyl}dimethylsiloxy) octasilsesquioxane (F-SF POSS) was used to modify the surface of silica, hydrated or prepared via emulsion method. The effectiveness of modification was evaluated by FT-IR spectroscopy and nuclear magnetic resonance (29Si and 13C CP MAS NMR). The parameters of porous structure of the prepared hybrid fillers, such as surface area BET, mean pore diameter and pore volume were determined. The hybrid products were subjected to dispersive analysis (non-invasive backscattering method, NIBS) and morphological characterization (using transmission electron microscopy — TEM). The obtained hybrid systems were used as additives in gel polymer electrolytes, prepared by activation of dry composite membranes in a liquid solution of lithium salt. The electrolytes were subjected to electrochemical studies, including the measurements of specific conductivity by impedance spectroscopy in a wide range of temperatures and the determination of potential windows by the linear cyclic voltammetry. The addition of POSS composites had a beneficial effect on the transport of lithium cations and the room temperature conductivity of gel electrolytes based on PVdF/HFP membranes was enhanced by an order of magnitude. The observed increase in gel conductivity was poorly correlated with the ability of liquid phase absorption. The anodic stability of gels only slightly increased upon the addition of POSS to PVdF/HFP membranes. The fillers studied show promising properties in the context of future research and development studies on new solid electrolytes for lithium cells with increased safety.

Słowa kluczowe

PL

wielościenne oligomeryczne silseskwioksany (POSS); SiO2; żelowe elektrolity polimerowe

EN

polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS); SiO2; gel polymer electrolytestion

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 10
• Strony: 748--758
• Opis fizyczny: Bibliogr. 52 poz., rys. kolor., wykr.

Twórcy

autor

Szwarc-Rzepka K.

• Politechnika Poznańska, Wydział Technologii Chemicznej, Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, pl. M. Skłodowskiej-Curie 2, 60-965 Poznań

autor

Walkowiak M.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznań

autor

Osińska-Broniarz M.

• Instytut Metali Nieżelaznych Oddział w Poznaniu, Centralne Laboratorium Akumulatorów i Ogniw, ul. Forteczna 12, 61-362 Poznań

autor

Dutkiewicz M.

• Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Zakład Chemii Metaloorganicznej, ul. Grunwaldzka 6, 60-780 Poznań

autor

Maciejewski H.

• Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Zakład Chemii Metaloorganicznej, ul. Grunwaldzka 6, 60-780 Poznań
• Poznański Park Naukowo-Technologiczny, Rubież 46, 61-612 Poznań

autor

Jesionowski T.

• Politechnika Poznańska, Wydział Technologii Chemicznej, Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej, pl. M. Skłodowskiej-Curie 2, 60-965 Poznań

Bibliografia

• [1] Croce F., Persi L., Scrosati B., Serraiono-Fiory F., Plichta E., Hendrikson M. A.: Electrochim. Acta 2001, 46, 2457.
• [2] Kumar B.: J. Power Sources 2004, 135, 215.
• [3] Zhou J., Fedkiw P. S.: Solid State Ionics 2004, 166, 275.
• [4] Stephan A. M., Nahm K. S.: Polymer 2006, 47, 5952.
• [5] Song J. Y.,Wang Y. Y.,Wan C. C.: J. Power Sources 1999, 77, 183.
• [6] Stephan A. M.: Eur. Polym. J. 2006, 42, 21.
• [7] Qianqian Ou Q., Zhou L., Zhao S., Geng H., Hao J., Xu Y., Chen H., Chen X.: Chem. Eng. J. 2012, 180, 121.
• [8] Zhou J., Fedkiw P. S.: Solid State Ionics 2004, 166, 275.
• [9] Shi Q., Yu M., Zhou X., Yan Y., Wan C.: J. Power Sources 2002, 103, 286.
• [10] Capiglia C., Saito Y., Kataoka H., Kodama T., Quartarone E., Mustarelli P.: Solid State Ionics 2000, 131, 291.
• [11] Caillon-Caravanier M., Claude-Montigny B., Lemordant D., Bosser G.: J. Power Sources 2002, 107, 125.
• [12] Thostenson E. T., Li Ch., Chou T.W.: Compos. Sci. Technol. 2007, 65, 491.
• [13] Świderski F., Robak-Waszkiewicz B.: Bromatol. Chem. Toksykol. 2008, 3, 202.
• [14] Goffin A.-L., Duquesne E., Moins S., Alexandre M., Dubois Ph.: Eur. Polym. J. 2007, 43, 4103.
• [15] Iyer S., Abu-Ali A., Detwiler A., Sehiraldi A.: ACS Symposium Series, Cleveland 2007, 964, 313. [16] Lickiss P. D., Rataboul F.: Adv. Organom. Chem. 2008, 57, 1.
• [17] Tai Q., Yuen R. K. K., Song L., Hu Y.: Chem. Eng. J. 2012, 183, 542.
• [18] Westcott S., Oldenburg S., Lee T. R., Halas N. J.: Langmuir 1998, 14, 5396.
• [19] Maciejewski H., Dutkiewicz M., Byczyñski £., Marciniec B.: Polimery 2012, 57, 7.
• [20] Xu H., Kuo S.-W., Lee J.-S., Chang F.-C.: Macromolecules 2002, 35, 8788.
• [21] Xu H., Yang B.,Wang J., Guang S., Li C.: Macromolecules 2005, 38, 10 455.
• [22] Lee A., Lichtenhan J. D.: Macromolecules 1998, 31, 4970.
• [23] Fina A., Tabuani D., Peijs T., Camino G.: Polymer 2009, 50, 218.
• [24] Li G. Z., Cho H., Wang L., Toghiani H., Pittman Jr. Ch. U.: J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 355.
• [25] Mammeri F., Bonhomme Ch., Ribot F., Babonneau F., Diré S.: Chem. Mater. 2009, 21, 4163.
• [26] Sarantopoulou E., Kollia Z., Cefalas A. C., Siokou A. E., Argitis P., Bellas V.: J. Appl. Phys. 2009, 105, 114.
• [27] Xu H., Kuo S.-W., Lee J.-S., Chang F.-Ch.: Macromolecules 2002, 35, 8788.
• [28] Fong H., Dickens S. H., Flaim G. M.: Dent. Mater. 2005, 21, 520.
• [29] Wheeler P. A., Fu B. X., Lichtenhan J. D.,Weitao J., Mathias L. J.: J. Appl. Polym. Sci. 2006, 102, 2856.
• [30] Jankiewicz B. J., Choma J., Jamioła D., Jaroniec M.: Wiad. Chem. 2010, 64, 917.
• [31] Jesionowski T., Żurawska J., Krysztafkiewicz A.: J. Mater. Sci. 2002, 34, 1621.
• [32] Downs T. R., Palmer D. C.: Am. Mineral. 1994, 79, 9.
• [33] Bergna E. H., Roberts O.W.: „Colloidal silica: Fundamentals and Applications”, CRC Press Taylor and Francis Group, United States 2006.
• [34] Iler R. K.: „The chemistry of silica”, Wiley & Sons, New York 1979.
• [35] Georgakilas V., Bourlinos A. B., Zboril R., Trapalis C.: Chem. Mater. 2008, 20, 2884.
• [36] Oldenburg S. J., Averitt R. D., Westcott S. L., Halas N. J.: Chem. Phys. Lett. 1998, 288, 243.
• [37] Wallace W. E., Guttman C. M., Antonucci J. M.: Polymer 2000, 41, 2219.
• [38] Jesionowski T., Krysztafkiewicz A., Pokora M., Waszak D., Tylus W.: Appl. Surf. Sci. 2003, 205, 212.
• [39] Zurawska J., Krysztafkiewicz A., Jesionowski T.: Surf. Interface Anal. 2003, 35, 914.
• [40] Jesionowski T., Ciesielczyk F., Krysztafkiewicz A.: Mater. Chem. Phys. 2010, 119, 65.
• [41] Jesionowski T.: J. Mater. Process. Technol. 2008, 203, 121.
• [42] VanderGheynst J., Dooley T., Guo H.-Y., Scher H., Cheng Y.-S.: Proc. Biochem. 2010, 45, 1.
• [43] Morel B., Autissier L., Autissier D., Lemordant D., Yrieix B., Quenard D.: Powder Technol. 2009, 190, 225.
• [44] Bogdan A., Kulmala M., Gorbunov B., Kruppa A.: J. Colloid Interface Sci. 1996, 177, 79.
• [45] Stöber W., Fink A., Bohn E.: J. Colloid Interface. Sci. 1968, 26, 62.
• [46] Green D. L., Lin J. S., Lam Y.-F., Hu M. Z.-C., Schaefer DaleW., Harris M. T.: J. Colloid Interface Sci. 2003, 266, 346.
• [47] Nakahara Y., Takeuchi T., Yokoyama S., Kimura K.: Surf. Interface Anal. 2011, 43, 809.
• [48] Dutkiewicz M., Maciejewski H., Marciniec B., Karasiewicz J.: Organometallics 2011, 30, 2149.
• [49] Jesionowski T.: Mater. Chem. Phys. 2009, 113, 839.
• [50] Szwarc--Rzepka K., Marciniec B., Jesionowski B.: Adsorption 2013, 19, 483.
• [51] Tarascon J.-M., Gozdz A. S., Schmutz C., Shokoohi F., Warren P. C.: Solid State Ionics 1996, 86—88, 49.
• [52] Szwarc-Rzepka K., Ciesielczyk F., Zawisza M., Kaczmarek M., Dutkiewicz M., Marciniec B., Maciejewski H., Jesionowski T.: Physicochem. Probl. Miner. Process. 2012, 48, 619.