Аннотация:Гель-полимерные электролиты (ГПЭ) имеют многочисленные преимущества по сравнению с жидкими электролитами для металл-ионных аккумуляторов. Целью данной работы являлась разработка перспективного ГПЭ, который бы обладал необходимыми характеристиками как при комнатной, так и при отрицательных температурах, и тестирование прототипов натрий-ионных аккумуляторов на основе разработанного ГПЭ.
В данной работе в качестве полимерной матрицы был выбран сополимер акрилонитрила и металакрилата, в качестве пластификатора – пропиленкарбонат. В качестве солей были выбраны перхлораты и гексафторфосфаты калия и натрия.
Для измерений проводимости ГПЭ использовали метод спектроскопии электрохимического импеданса. Были получены зависимости удельной и эквивалентной электропроводности от концентрации соли в ГПЭ. Было обнаружено, что гель-полимерные электролиты на основе сополимера акрилонитрила и метилакрилата обладают высокой ионной проводимостью при комнатной температуре, равной 1,8 0.3 мСм•см-1 и 1,5 0.2 мСм•см-1 при использовании солей NaClO4 и NaPF6, соответственно. ГПЭ, содержащие соли калия, показали значения удельной электропроводности более чем на порядок ниже, чем аналогичные электролиты с солями натрия.
В результате температурных измерений были получены энергии активации (12-15 кДж/моль) для образцов ГПЭ, содержащих соль NaClO4, значения которых соответствуют движению ионов в фазе пластификатора. В то же время, система соль-полимер-пластификатор ведет себя, как слабый электролит, в отличие от системы соль-пластификатор.
Прототипы Na-ионных аккумуляторов с использованием гель-полимерного электролита, металлических натриевых анодов и катодов из Na3V2(PO4)3 продемонстрировали стабильное циклирование на скоростях заряда/разряда от 0.1С до 10С при комнатной температуре и до 5С при температуре -20С (всего более 420 циклов). Были достигнуты значения емкостей 108 mAh g-1 (92% от теор.) и 82 mAh g-1 (70% от теор.) при комнатной температуре и при температуре -20С, соответственно.