|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Определение кинетических параметров реакции диспропорционирования надпероксид-аниона в присутствии катионов литиякурсовая работа (Специалист)
- Научный руководитель: Захарченко Т.К.
- Автор: Исаев В.
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Кафедра: Кафедра физической химии
- Год защиты: 2017
- Курс: 4
- Аннотация: В повседневной жизни мы все чаще пользуемся электронными устройствами. Их производительность с каждым годом увеличивается, растет и потребность в портативности, в связи с чем все более серьезные требования предъявляются к источникам энергии для этих устройств, наиболее эффективными из которых являются вторичные химические источники тока (ХИТ). ХИТ претерпели огромные изменения за последнее столетие. Ранее они содержали в своем составе тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий и другие, которые небезопасны для окружающей среды, к тому же такие аккумуляторы обладали сравнительно низким рабочим напряжением (1-2 В), невысокой удельной энергоемкостью (менее 60 Вт·ч/кг) и большим удельным весом. В 1912 году начались работы по созданию ХИТ на основе лития, но лишь в 1991 году компания Sony начала коммерческое производство литий-ионных аккумуляторов [1]. Литий — легкий металл с большой плотностью заряда на ионе, что обеспечивает высокий рабочий потенциал (до 4 В) и высокую удельную емкость, в несколько раз превышающую характеристики аккумуляторов других типов. На сегодняшний день широко используются литий-ионные аккумуляторы, принцип работы которых основан на реакции интеркаляции ионов лития в оксиды переходных металлов (кобальта, марганца и др.) со слоистой структурой [2]. Однако даже высокая по сравнению с ранее использовавшимися ХИТ удельная энергия и емкость литий-ионных аккумуляторов не может удовлетворять всем современным потребностям: для решения насущной проблемы создания экологически чистых видов транспорта требуются ХИТ, характеристики которых значительно превышают передовые литий- ионные аккумуляторы. В качестве одного из возможных вариантов высокоемких ХИТ были предложены литий-воздушные аккумуляторы (ЛВА), принцип действия которых основан на обратимом окислении металлического лития на аноде и восстановления кислорода воздуха на катоде с образованием пероксида лития [3]. Благодаря легкости лития и большому запасу кислорода в атмосфере, теоретическая удельная емкость данного ХИТ достигает 3861 мА·ч/г катодного материала, что на порядок больше, чем у современных коммерческих литий-ионных аккумуляторов [4]. Поскольку на катоде ЛВА происходит восстановление кислорода из газовой фазы, для катодов используются углеродные материалы с большой удельной 4 площадью поверхности и высокой каталитической активностью. Кроме видимых преимуществ углеродных катодов, таких как низкий удельный вес, относительно низкая стоимость и высокая электропроводность, существуют и недостатки, обуславливающие проблемы в работе ЛВА. Основной проблемой углеродного катода является сильное падение удельной емкости уже после нескольких циклов заряда/разряда (до 30% за 10 циклов) ввиду разрушения катодного материала под воздействием формирующихся в ходе реакции интермедиатов, преимущественно надпероксид-радикала, образующегося при восстановлении кислорода в апротонных среда [5]: O2 + e ¯ → O2 ¯ При этом в различных растворителях кривые гальваностатического разряда/заряда выглядят по-разному. Интересом для изучения обладает влияние растворителя на процесс окисления в ходе работы ЛВА. Среди апротонных растворителей для литий-воздушных ячеек могут быть использованы диметилсульфоксид (ДМСО), ацетонитрил, диметилацетамид (ДМА), диметоксиэтан (ДМЭ) и другие [6]. Ацетонитрил известен своей устойчивостью к окислению кислородом и продуктам разряда ЛВА, а также обладает необходимым окном электрохимической устойчивости [7]. Непосредственный интерес представляют собой реакции образования надпероксида лития и реакция его диспропорционирования. Li+ + O2 ¯→ LiO2 2LiO2 → Li2O2 + O2 Протекание этих реакций сильно зависит от используемого растворителя. При этом скорость диспропорционирования надпероксида лития напрямую влияет на скорость пассивации поверхности электрода, которая в свою очередь влияет на разрядную емкость литий-кислородной ячейки. Таким образом определение скорости данной реакции, а также константы скорости и последующее сравнение этих параметров в различных растворителях может показать, какой растворитель наиболее предпочтительно использовать как электролит для литий-воздушных аккумуляторов. Целью курсовой работы является определение порядка реакции диспропорционирования надпероксид-аниона в присутствии ионов лития и определение эффективной константы скорости данной реакции.
- Добавил в систему: Захарченко Татьяна Константиновна