Физико-химические и электрохимические свойства растворов трифторметансульфоната лития в смесях сульфолан-1.3-диоксолан

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены физико-химические свойства (электропроводность, вязкость и плотность) 1.0 М растворов LiSO3CF3 в смесях сульфолан-1.3-диоксолан в температурном диапазоне 30–50°C. Показано, что изотермы удельной электропроводности проходят через максимум при содержании 1.3-диоксолана около 60 мол. % (1.75×10–3 Ом–1 см–1, 30°C). Установлено, что вязкость и корригированная (исправленная на вязкость) электропроводность изученных растворов снижаются с увеличением содержания 1.3-диоксолана и с повышением температуры. Сделан вывод, что энергии активации электропроводности и вязкого течения, а также их соотношение уменьшаются с увеличением содержания 1.3-диоксолана. Методом ЯМР-спектроскопии оценены коэффициенты самодиффузии всех компонентов изученных электролитных растворов и рассчитаны транспортные числа катиона лития. Установлено, что транспортное число катиона лития изменяется нелинейно от состава раствора – максимальное значение (0.56) достигается при соотношении сульфолан:1.3-диоксолан ≈ 2:3, что коррелирует с положением максимума на изотерме электропроводности.Показано, что температуры плавления 1.0 М растворов LiSO3CF3 в смесях сульфолана с 1.3-диоксоланом снижаются по мере увеличения содержания последнего. Отмечено, что при содержании 1.3-диоксолана более 50 мол. % электролитные растворы находятся в жидкофазном состоянии при температурах ниже –70°C.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. В. Шеина

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sheina.l.v@gmail.com
Россия, Уфа

Е. В. Карасева

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: karaseva@anrb.ru
Россия, Уфа

А. Н. Лобов

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: sheina.l.v@gmail.com
Россия, Уфа

В. С. Колосницын

Уфимский Институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: sheina.l.v@gmail.com
Россия, Уфа

Список литературы

  1. Lin Y., Huang S., Zhong L., et al. // Energy Storage Materials. 2021. V. 34. P. 128. https:// doi.org/10.1016/j.ensm.2020.09.009
  2. Wang L., Ye Y., Chen N., et al. // Adv. Funct. Mater. 2018. V. 28. 1800919. https://doi.org/10.1002/adfm.201800919
  3. Liu Y., Elias Y., Meng J., et al. // Joule. 2021. V. 5. № 9. P. 2323. https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.06.009
  4. Zhang S., Ueno K., Dokko K., Watanabe M. // Adv. Energy Mater. 2015. V. 5. 1500117. doi: 10.1002/aenm.201500117
  5. Abouimrane A., Belharouak I., Amine K. // Electrochem. Com. 2009. V. 11. P. 1073. 10.1016/j.elecom.2009.03.020' target='_blank'>https://doi: 10.1016/j.elecom.2009.03.020
  6. Hofmann A., Schulz M., Indris S., et al. // Electrochim. Acta. 2014. V. 147. P. 704. http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2014.09.111
  7. Wu W., Bai Y., Wang X., Wu C. // Chinese Chemical Letters. 2021. V. 32. P. 1309. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2020.10.009
  8. Ugata Y., Chen Y., Sasagawa S., et al. // J. Phys. Chem. C. 2022. V. 126. P. 10024. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c02922
  9. Kim H.S., Jeong C.S. // Bull. Korean Chem. Soc. 2011. V. 32. № 10. P. 3682. http://dx.doi.org/10.5012/bkcs.2011.32.10.3682
  10. Zhong H., Wang C., Xu Z., et al. // Scientific Reports. 2016. V. 6. № 1. 25484. doi: 10.1038/srep25484
  11. Raccichini R., Dibden J.W., Brew A., et al. // J. Phys. Chem. B. 2018. V. 122. № 1. P. 267. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.7b09614
  12. Mi Y.Q., Deng W., He C., et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2023. V. 62. e202218621. doi.org/10.1002/anie.202218621
  13. Andrea M.L., Giorgio F.D., Soavi F., et al. // ChemElectroChem. 2018. V. 5. № 9. P. 1272. https://doi.org/10.1002/celc.201701348
  14. Barghamadi M., Best A.S., Hollenkamp A.F., et al. // Electrochim. Acta. 2016. V. 222. P. 257. 10.1016/j.electacta.2016.10.169' target='_blank'>http://dx.doi.org/doi: 10.1016/j.electacta.2016.10.169
  15. Mikhaylik Y.V. Electrolytes for Lithium Sulfur Cells: US Patent 7354680 B2. 2008.
  16. Aurbach D., Pollak E., Elazari R., et al. // J. Electrochem. Soc. 2009. V. 156. № 8. P. A694. doi: 10.1149/1.3148721
  17. Parfitt C.E. Characterisation, Modelling and Management of Lithium-Sulphur Batteries for Spacecraft Applications. PhD thesis, University of Warwick, 2012. 308 p. http://go.warwick.ac.uk/wrap/57030/
  18. Колосницын В.С., Слободчикова Н.В., Шеина Л.В. // Журн. прикл. химии. 2000. Т. 73. № 7. С. 1089. [Kolosnitsyn V.S., Slobodchikova N.V., Sheina L.V. // Russ. J. Applied Chemistry. 2000. V. 73. № 7. P. 1152.]
  19. Колосницын В.С., Слободчикова Н.В., Каричковская Н.В., Шеина Л.В. // Russ. J. Applied Chemistry. 2001. Т. 74. № 4. С. 560. [Kolosnitsyn V.S., Slobodchikova N.V., Karichkovskaya N.V., Sheina L.V. // Russ. J. Applied Chemistry. 2001. V. 74. № 4. Р. 576.]
  20. Колосницын В.С., Слободчикова Н.В., Мочалов С.Э., Каричковская Н.В. // Электрохимия. 2001. Т. 37. № 6. С. 741. [Kolosnitsyn V.S., Slobodchikova N.V., Mochalov S.E., Karichkovskaya N.V. // Russ. J. Electrochem. 2001. V. 37. № 6. Р. 632. doi: 10.1023/A:1016630904258]
  21. Karaseva E.V., Kuzmina E.V., Li B.-Q., Zhang Q., Kolosnitsyn V.S. // J. Energy Chemistry. 2024. V. 95. P. 231. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.02.052
  22. Younesi R., Veith G.M., Johansson P., et al. // Energy Environ. Sci. 2015. V. 8. P. 1905. doi: 10.1039/c5ee01215e
  23. Dong L., Zhong S., Yuan B., et al. // Research. 2022. V. 2022. 9837586. doi: 10.34133/2022/9837586
  24. Lu D., Xu G., Hu Z., et al. // Small Methods. 2019. V. 3. 1900546. doi: 10.1002/smtd.201900546
  25. Ugata Y., Sasagawa S., Tatara R., et al. // J. Phys. Chem. B. 2021. V. 125. P. 6600. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.1c01361
  26. Hess S., Wohlfahrt-Mehrens M., and Wachtler M. // Electrochem. Soc. 2015. V. 162. № 2. P. A3084. doi: 10.1149/2.0121502jes
  27. Cataldo F. // Eur. Chem. Bull. 2015. V. 4. № 2. P. 92. doi: 10.17628/ECB.2015.4.92
  28. Xu K. // Chemical Reviews. 2004. V. 104. № 10. P. 4303. https://doi.org/10.1021/cr030203g
  29. Sheina L.V., Karaseva E.V., Kolosnitsyn V.S. // Rus. J. Phys. Chem. A. 2024. V. 98. P. 431. https://doi.org/10.1134/S0036024424030269
  30. Papaioannou D., Bridakis M., Panayiotou C.G. // J. Chem. Eng. Data. 1993. V. 38. P. 370. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/je00011a010
  31. Vraneš M., Zec N., Tot A., Papović S., Dožić S., Gadžuric S. // J. Chem. Thermodynamics. 2014. V. 68. P. 98. http://dx.doi.org/10.1016/j.jct.2013.08.034
  32. Nakanishi A., Ueno K., Watanabe D., et al. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. P. 14229. doi: 10.1021/acs.jpcc.9b
  33. Lacey M.J., Jeschull F., Edström K., Brandell D. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 45. P. 25890. doi: 10.1021/jp508137m
  34. Yoon S. // Int. J. Applied Engineering Research. 2018. V. 13. № 18. Р. 13547.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Дополнительный материал
Скачать (430KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Изотермы удельной электропроводности (а), динамической вязкости (б), плотности (в) и корригированной электропроводности (г) 1.0 M растворов LiSO₃CF₃ в смесях СЛ:ДОЛ. Температура (±0.1°С) указана в легендах. Погрешности измерений физико-химических величин не превышали 0.5–1.0%.

Скачать (346KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Отклонения вязкости и избыточный мольный объем смесей СЛ:ДОЛ (по данным [19]) (а) и отклонения вязкости, удельной и корригированной электропроводностей 1.0 М растворов LiSO₃CF₃ в смесях СЛ:ДОЛ (б).

Скачать (159KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Изменение хим. сдвига (δ) ⁷Li и отклонение хим. сдвига (Δδ) (а), зависимости удельной электропроводности и транспортного числа катиона лития (б) в 1.0 М растворах LiSO₃CF₃ в смесях СЛ:ДОЛ от состава.

Скачать (156KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Относительные коэффициенты диффузии катиона лития в 1.0 М растворах LiSO₃CF₃ в смесях СЛ:ДОЛ.

Скачать (215KB)
Метаданные
7. Рис. 5. ДСК-кривые нагревания и охлаждения 1.0 М растворов LiSO₃CF₃ в смесях сульфолан–1.3-диоксолан (ДОЛ) (мол. %).

Скачать (220KB)
Метаданные
8. Рис. 6. Разрядные и зарядные зависимости первого цикла (слева), изменение разрядной емкости и кулоновской эффективности циклирования (справа) ЛСЯ с 1.0 М растворами LiCF₃SO₃ в сульфолане (СЛ) и в смеси сульфолан (42 мол. %):1.3-диоксолан (58 мол. %) (СЛ: ДОЛ).

Скачать (253KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025