文摘

在这项研究中,新型的凝胶聚合物电解质混合(加仑桶)准备与PVC-g-PMMA合成接枝共聚物,PMMA,增塑剂(碳酸丙烯酯(PC),邻苯二甲酸二辛酯(计划),和不同载荷的毫克(克罗₄)₂通过溶液浇铸方法使用四氢呋喃作为溶剂。傅里叶变换红外(FTIR)光谱的电解质分子之间的相互作用相互毫克(克罗₄)₂和有机半个。加仑桶的扫描电子显微镜图像显示他们的起皱的表面形态由于低弹性模量和高灵活性。能量色散x射线能谱(EDX)和映射技术揭示了正则分布等所有原子元素的Cl, Mg, O和C掺杂加仑桶。毫克盐浓度增加,杨氏模量和抗拉强度的加仑桶强烈下降。有趣的是,加仑桶的断裂伸长率高于整洁(无掺杂)GPBE,取得了215%的最高价值的盐含量20 wt. %。交流电导率和离子电导率、介电常数的增塑的PMMA / PVC-g-PMMA /毫克(克罗₄)₂GPBE s与频率和Mg (ClO增加₄)₂掺杂的内容。离子电导率的掺杂可以实现加仑桶 来 (S.cm¹使用Mg (ClO)₄)₂内容的范围从10到40 wt. %。掺杂加仑桶热稳定到100°C和非常低的重量损失。20 wt GPBE掺杂。%毫克(克罗₄)₂可以作为一种新型的电解液为开发镁电池。

1。介绍

现在,锂电池广泛用于能源存储设备在智能手机、平板电脑、笔记本电脑、电动汽车等。1,2]。然而,锂电池偶尔发生的火灾和爆炸事故在世界范围内,对使用者的健康造成严重的威胁(3- - - - - -5]。这些事故的原因被称为使用液体电解质锂盐的热稳定性差,形成氧在高温充电/放电3]。因此,有必要开发新类型的离子电池较低的毒性,更安全,更低的成本比锂电池(5- - - - - -11]。在过去的几十年中,凝胶聚合物电解质都进行了广泛的研究,由于其高依从性,加工性,可塑性,electrode-electrolyte接触,好,环境温度高导电性。此外,日益受到关注的发展镁离子电池/电池比容量高,效率,和良好的cyclability [12,13]。时可以产生凝胶聚合物电解质聚合物膨胀在有机溶剂或增塑剂,它可以提供更好的接触电极表面比干燥的固体聚合物电解质(无溶剂/增塑剂)(13]。

保利(氯乙烯)(PVC)及其混合曾用作凝胶聚合物电解质(14- - - - - -20.]。一些研究表明,拉伸性能,15)热稳定性,16离子电导率,(15)充放电特性可以提高PVC的混合与聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或使用贪污copolymer-like PVC-graft-PMMA和增塑剂形成凝胶聚合物混合(加仑桶)电解质14,20.]。

在我们之前的研究中,我们报告的机械和dielectrical属性加仑桶掺杂毫克(克罗₄)₂盐(21]。发现增塑剂是非常重要的改善加仑桶的离子电导率。然而,有必要增强机械和dielectrical属性加仑桶扩大材料的适用性。在这项研究中,一个名叫PVC-g-PMMA的接枝共聚物(PVCg)是合成混合PMMA和增塑剂制备PMMA / PVCg凝胶聚合物电解质。预计接枝共聚物的增容剂改善加仑桶的机械和电气性能。高氯酸镁的影响在这些属性和形态学的电解质也被调查。

2。实验

2.1。材料

聚氯乙烯(PVC、sg - 660 k指数65 - 67)是一个商业产品的塑料化工股份有限公司有限公司(七弦琴TPC、越南)。甲基丙烯酸甲酯(MMA, 99%),聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA,体重平均分子量为120000),和碳酸丙烯酯(PC, 99.7%)从奥尔德里奇(美国)购买。四氢呋喃(四氢呋喃,99.7%)、氯仿(CH₃Cl, 99.5%)和Mg(克罗₄)₂是试剂级的产品Xilong有限公司,中国。酒精(乙醇,99.7%),甲醇(甲醇,99.7%)和邻苯二甲酸二辛酯(计划95%)是由Duc江提供化学和洗衣粉股份公司,越南。化学试剂均为分析纯,作为收到。

2.2。制备电解液的电影

接枝共聚物的PVC-g-PMMA(贴上PVCg) 20.3 wt %的PMMA贪污内容已经提前准备所研究[22]。同样,PVC的重量比:PMMA被保持为1:1在这项研究。因此,加仑桶的成分是准备如表所示1,PMMA在PVC-g-PMMA的重量计算的PVC的0.115 g和0.45 g,或PMMA: PVC重量比为1:1。在制备电解质膜的一个例子,PMMA, PVCg,增塑剂,Mg(克罗₄)₂被指控在一个瓶含有四氢呋喃。混合搅拌在40°C 4小时获得当时涌入一个同质的解决方案 (cm)释放。四氢呋喃溶剂允许蒸发自然通风柜24 h,然后完成在真空干燥箱干燥24小时40°C。收集到的电影是存储在一个干燥器特征前至少24小时。成分表中描述和样品标签1。

2.3。描述

红外光谱的光谱样本进行傅里叶变换红外光谱仪(美国Nicolet / Nexus 670) 32扫描,4厘米¹决议,在波数从400到4000厘米¹在室温下。

电解液样品的拉伸性能进行了在万能试验机(茨威格V.2.5、德国)与十字头50毫米/分钟的速度,按照ASTM D882薄塑料薄膜。

复杂的介电性能(实部(和虚部-(电解质薄膜的])来衡量使用安捷伦E4980A仪器 - - - - - - 阻抗参数使用16451 b测试夹具,25 Hz-1 MHz的频率范围(根据安捷伦E4980A仪器的极限),峰值振幅为1.0 V和外加电压的地线0 V(地球地面),在室温下(24 - 28°C),按照ASTM D150标准。电解质膜夹在不锈钢电极作为党卫军(SS) /加仑桶/ SS配置或毫克电极的SS /毫克/加仑桶/毫克/ SS配置。Mg电极直径5毫米被剪切了Mg表。

交流电导率( )和介电常数( )从测量电解质薄膜的测定 - - - - - - 值(容抗和复数阻抗的电阻)的方程在每个频率( ):(23- - - - - -25]。 在哪里电解质薄膜的厚度,(接触)区域的工作电极(直径0.005米),是频率, 的绝对值(容抗),是测量电阻组件,真空介电常数( F / m)。

形态、元素组成,元素的映射分析的样本扫描电子显微镜(SEM)和能量色散x射线(EDX)结合光谱(地产- 6510 lv SEM仪器、Jeol、日本)。

热重量分析法(TGA)进行了NETZSCH TG 209 f1(德国)仪器研究电解液的热降解性能下氮气的流量40毫升/分钟,从室温到650°C的加热速度10°C /分钟,和标本重量约6 - 7毫克。以上测量进行了实验室房间相对湿度40 - 50%,和样品测定后从真空环境中删除。

3所示。结果与讨论

3.1。红外光谱谱

图1显示原材料和合成样品的红外光谱谱。指以前的研究(22),很容易分配全部吸收峰为特定群体的PMMA(图1(一)),PVCg(图1(b)), GPBE(图1(c))。更多细节,表2列出了一些主要乐队作业PMMA, PVC, GBPE样品没有和高氯酸镁盐(20、40 wt. %)。比较整洁的PMMA的光谱和PVCg GPBE.0的光谱样本(图1(d))出现一些新的山峰归因于增塑剂的存在,峰值为1805厘米¹和1732厘米¹可以被指定为C = O伸展振动( )PC增塑剂和PMMA,紧身上衣在1600和1580厘米¹分配的芳环夹住增塑剂(表吗2列5),而与GPBE.0样本的光谱,红外光谱,加仑桶掺杂不同重量的毫克(克罗₄)₂(数据1(e)和1(f))表现出一些差异。第一个是强大的吸收带(OH)在波数地区从3700年到3100厘米¹由于毫克(ClO的水分吸收₄)₂从空气中红外光谱记录。第二个区别是三峰的消失(651、637和616厘米¹),而不是只有一个峰值在627厘米¹在该地区出现660 - 600厘米吗¹。另外,乐队归因于C = O PC出现在1808厘米¹在频谱GPBE0转移到1780和1770厘米¹分别在光谱GPBE.20 GPBE.40。这一转变增加而增加毫克(克罗₄)₂内容,表明毫克(ClO之间强烈的交互作用₄)₂和有机(聚合物和增塑剂)半个电解质。

3.2。电解质薄膜的表面形态

图2代表GPBE.0的SEM照片,GPBE.10 GPBE.20电影。可以看出,有皱纹的表面两种样品(无掺杂和掺杂镁盐),这是由于高灵活性的电影含有塑化剂含量高。据报道,PMMA / PVC混合电影坑或岛屿由于不混合性碳酸乙烯/丙烯与PVC增塑剂,造成PVC-rich阶段的分离和plasticizer-rich阶段(26]。为了提高溶混性的增塑剂PMMA / PVC混合、碳酸亚乙酯取代夹住,被称为最好的PVC增塑剂;此外,PVC-g-PMMA接枝共聚物也被用于这项研究。结果,新加仑桶的SEM照片清楚地显示,没有观察到火山口或岛屿加仑桶的表面。此外,它也是有趣的,表面的皱纹的数量毫克(克罗₄)₂再版电解质膜随毫克盐含量增加而减小。

澄清阶段组成的皱纹和GPBE样品的表面元素的映射GPBE.20样本在其表面。与原来的相比SEM图像(图2 (d)),被选为EDS分析,图3(一个)显示的主要化学元素GPBE.20包括镁、C、O,和Cl都出现和定期分布式分层EDS映射图像,即使在皱纹。其他EDS映射的图像单一元素,比如Cl毫克,O也证实他们定期在GPBE.20样本分布。换句话说,皱纹不间期,并没有任何相分离的电解液样本。这意味着使用PVC-g-PMMA和计划可以改善PMMA / PVC混合的兼容性(50:50 wt. / wt)。

图4显示所选EDX频谱GPBE.20电解质膜和成分表的结果。电解质的化学元素检测和相关峰贴上C、O, Mg, Cl。指出无标号的峰值(Mg和Cl山峰之间)是Pt的外套,不考虑。表的结果(在图4)验证镁原子表面的电解质膜(1.75 wt. %)较低的浓度比散装(数学评为2.31 wt. %)。

3.3。拉伸性能

表3显示,杨氏模量的GPBE电影强烈减少从2.75到0.65 MPa提高毫克(克罗₄)₂内容从0到40 wt。%,其抗拉强度也从1.72减少到0.84 MPa。事实上,这些独立的电影可以在拉伸试验通常安装在机器。Mg (ClO的断裂伸长率₄)₂再版加仑桶高于无掺杂加仑桶和20 wt达到215%的最高价值。%再版的内容。与之前的研究相比,抗拉强度和模量加仑桶(使用PVC-g-PMMA)几个文件夹高于增塑的PMMA / PVC /毫克(克罗₄)₂电解质盐以同样的内容。这表明PVC-g-PMMA接枝共聚物作为增容剂发挥了重要作用,增加聚合物之间的附着力和增塑剂。

3.4。介电性能

图5显示对数的交流电导率和介电常数作为频率的函数(从25 Hz 1 MHz)加仑桶与不同掺杂毫克(ClO的内容₄)₂。图5(一个)显示所有掺杂加仑桶的交流电导率随频率和镁盐浓度。掺杂加仑桶是几个订单的AC导率高于无掺杂GPBE (GPBE.0)。例如,1 kHz的交流电导率GPBE.0整齐 S /厘米。然而,GPBE.10的值,GPBE.20 GPBE.30, GPBE.40样品 , , ,和 分别S /厘米。图5 (b)显示了强烈增加毫克(ClO的电介质的介电常数₄)₂再版电解质盐浓度。应该注意的是,聚合物和增塑剂的权重(表3对所有加仑桶)一直是相同的。增强的交流电导率和介电常数只与离子载体浓度的增加,由镁盐的电解生成加仑桶。

数据6和7显示加仑桶的奈奎斯特复杂的阻抗图与不同掺杂毫克(ClO的内容₄)₂使用SS / GPBE / SS和SS /毫克/ GPBE /毫克/ SS电极配置,介于25赫兹在室温下1 MHz。阻抗图展览两个区域,一个半圆的一部分和一个尾巴,可以模仿里面的等效电路绘制图6(一),(是一个庞大的阻力,是一个双层电容器,是一个电荷转移电阻,是一个界面阻抗的加仑桶)[23]。虽然第一个区域并不是一个完整的半圆,完成配件时,电阻( , )可以通过拦截的半圆评估与实部轴在低收入和高频区域,分别。很容易认识到直径的半圆图形(~ 2通过增加毫克(ClO抗性)减少₄)₂掺杂的内容。

更多细节,表4显示的评估值和GPBE电影的人物6和7。对于SS / GPBE / SS配置,结果表明,获得的和的电解液样品减少盐含量从10增加到40 wt. %。基于方程(1),加仑桶掺杂的离子电导率与Mg(克罗₄)₂(GPBE.10、20、30、40)增加 来 (S.cm¹)。SS /毫克/ GPBE /毫克/ SS配置,结果也显示类似的减少和电解液样品的盐含量增加。然而,较低的价值SS /毫克/ GPBE相同内容的Mg (ClO的配置₄)₂确认之间的平衡建立了金属和重力^{2 +}离子GPPE [27]。表4还表明,拦截( )值使用SS /毫克/ GPBE GPBE高于使用的配置和样品SS / GPBE配置。

3.5。热稳定性

图8说明了TGA图无掺杂(或整洁)GBPE和掺杂的加仑桶高氯酸镁盐在不同的载荷。表5显示从上面的TGA热分析结果图。图8和表5显然存在一些差异无掺杂GPBE样本(GPBE.0)和掺杂GBPE样本(GPBE.10、20、30、40);换句话说,高氯酸镁会影响整洁GPBE的热稳定性。温度地区低于200°C, TGA的GPBE.0样本保持几乎不变,这表明thermo-stable这个温度范围。与此同时,掺杂加仑桶的TGA曲线显示第一减肥这个温度区域,由于吸附水的去除28]。表5表明,体重在150°C的掺杂加仑桶镁盐含量增加而增大。这可能源于毫克(ClO的礼物₄)₂作为一个弱路易斯酸财产可以加速聚氯乙烯的降解。然而,温度低于100°C, GPBE.10和GBPE.20样品热稳定较低的重量损失,例如,1.65 wt。wt %和2.72。分别为%。

温度地区从200年到650°C,两种类型的无掺杂和掺杂电解质样品进行热降解的有机和分解半个镁盐。在这个温度范围内,GPBE.0样本进行退化与两个不同的阶段,第一阶段从220°C到330°C出现温度为277.4°C,这可以归因于PVC脱氯化氢作用和不饱和的PMMA (16,29日,30.]。第二阶段从330年到650°C与char剩余约8 wt. %。在200 - 280°C,掺杂电解质样本的TGA曲线也显示热降解的第二阶段,转向较低温度的曲线比GPBE.0样品。这意味着高氯酸镁盐强烈的热稳定性降低增塑的PVCg / PMMA共混。表5爆发表明,掺杂的高温电解液样品强烈减少当增加盐的内容。这种现象可能由于分解的高氯酸盐组生成的氧化物原子加速PVC的氧化和脱氯化氢作用以及其他有机物的降解加仑桶。

应该注意的是,与PVC稳定剂没有混合在准备增塑的PVC-g-PMMA / PMMA混合电解质为了调查唯一高氯酸镁对其热稳定性的影响和其他电气性能。这表明,应该使用稳定剂对PVC为了限制毫克(ClO的热稳定性₄)₂再版加仑桶。

4所示。结论

毫克(克罗₄)₂再版加仑桶已经准备用铸造方法的解决方案。结果表明,PVC-g-PMMA发挥了重要作用的增容剂增强机械和dielectrical加仑桶的属性。一些可观察到的变化的红外光谱谱加仑桶表明盐和增塑剂的分子之间的相互作用在加仑桶/聚合物。SEM和EDX映射图像技术表明,Mg(克罗₄)₂定期分发到可塑剂/聚合物系统。杨氏模量和抗拉强度的加仑桶强烈减少加载毫克(克罗₄)₂内容。掺杂的断裂伸长率加仑桶高于无掺杂GPBE并达到215%的最高价值的掺杂含量20 wt. %。的交流和离子导率加仑桶装载毫克(ClO增加₄)₂内容。高氯酸镁GPBE电影的热稳定性降低;然而,掺杂加仑桶重量损失温度较低的热稳定低于100°C。稳定剂和无水高氯酸镁和无水的媒体时应使用GBPE电影未来的研究做准备。在机械的总体考虑,dielectrical加仑桶的性质和热稳定性,增塑的PMMA / PVC-g-PMMA 20 wt。%毫克(克罗₄)₂可以选择作为镁电池的电解质的最佳候选人工作温度低于100°C。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

所有作者宣称他们没有利益冲突。

确认

完成这项工作在金融支持越南科学技术学院(巨大)授予VAST03.05/20-21数量。