Исследование физических свойств источников тока на основе полимерных композитов

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИСТОЧНИКОВ ТОКА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ Темирова М. А.

ТемироваМахбубахан Абдурайимовна / Temirova Makhbubakhan Abduraiimovna — кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физики,

факультет проектирования и строительства автомобильных дорог и сооружений, Ташкентский институт по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог, г. Ташкент, Республика Узбекистан

Аннотация: была определена вольтамперная характеристика химических источников тока с электродом полианилин-цинк и его ряд физических свойств, и были сравнены с физическими свойствами других классических полимеров.

Ключевые слова: полианилин-цинк, электрическая проводимость, папокомпозит, проводящий полимеры, стабильность, полианилин-цинк, электрод.

Большинство полимерных материалов, как современных так и созданных в начале прошлого века являются изоляторами. Однако немалая группа материалов, хотя и относится к группе полимеров, но является проводником. Примером такого материала является полианилин. Полианилин состоит из повторяющихся N-фенил-п-фенилендиаминных и хинондиминных блоков.

В настоящее время этот полимер занимает лидирующее положение по числу публикаций [1-5], связанных как с исследованием его структуры и свойств, так и возможностями практического применения в качестве электропроводящих и противокоррозионных пленочных покрытий, различного типа электрохромных и электролюминесцентных устройств и других электронных приборов. С другой стороны полианилин как проводящий полимер с хорошей устойчивостью к воздействиям окружающей среды и большими возможностями использования в качестве материала для полимерных батарей и микроэлектронных устройств [1, с. 21].

На сегодняшний день процесс накопление энергии реализуется в батареях с металлическими электродами, вес которых ограничивает удельную емкость на уровне приблизительно 250 А-ч/кг (например, в свинцовых батареях). Возможности для применения более легких батарей неограниченны: от жилищного строительства до транспорта, включая космическую промышленность и, конечно, электронику. Замена свинцовых электродов органическими теоретически возможна по мере того, как процесс введения и выведения примесей из проводящих полимеров станет таким же обратимым, как такой же процесс в свинце.

ПАНИ может быть использован как материал для положительного электрода в цинковых аккумуляторах. Поэтому мы задались целью разработать технологию получения электропроводящего полианилина и создания на его основе химических источников тока (ХИТ).

Технология полимеризации полианилина состоит в окислении анилина персульфатом аммония в водном растворе соляной кислоты [2].

Нами получены таблетки полианилина прессованием порошка полианилина, синтезированного способом полимеризацией.

Известно, что процесс накопления энергии реализуется в батареях с металлическими электродами, вес которых ограничивает удельную емкость аккумуляторов. Замена металла на полимерные электроды не только облегчает вес, но позволяет сэкономить применение таких металлов, как свинец, серебро, цинк, кадмий и др., запасы которых все более истощаются. Например. для изготовления 1000 шт. положительных электродов из полимера требуется всего 40-50 граммов порошка полимера, а в случае применения пленок и того меньше.

В данной работе приведены результаты исследований зарядно-разрядных характеристик, циклической вольтамперограммы следующих систем ХИТ: ПАНИ-цинк. Было установлено, что изготовленные элементы по своей экономической ценности эффективнее, чем батареи с металлическими электродами, так например, система ХИТ цинк-ПАНИ с полимерным электродом имела следующие характеристики.

На показанной циклической вольтамперограмме ПАНИ- электрода в растворе ПАК и ПВХ наблюдаются анодные и катодные пики, связанные с процессом допирования ПАНИ, анионами HCl, соответственно. Разряд, расходуемый на окисление ПАНИ, почти равен заряду,

расходуемому на восстановление, Кулоновская эффективность равна 96%, что свидетельствует об очень хорошей обратимости процесса заряда разряда ПАНИ-электрода [1, с. 21].

и, В д

1 2 и

Рис. 1. Зарядные (1) и разрядные (2) кривые, зарядно-разрядные характеристики полианилинового

электрода

На рис. 1 приведены (образец № 012104) зарядная (1) и разрядная (2) кривые цинковой батареи (зависимость напряжения [В] от времени [ч]). Кривые измерены при пропускании зарядного тока 1,2-10-3 А, разрядный ток 1,0-10-3 А. Среднее зарядное напряжение 1,13 В среднее разрядное напряжение 0,78 В, удельная зарядная ёмкость 2,4-10-3 А-ч, удельная разрядная емкость 2,0-10-3 А-ч, удельная зарядная энергия 310 Вт-ч/кг, удельная разрядная энергия 160 Вт-ч/кг. Масса полианилина 0,0001 кг. Все измерения выполнены при комнатной температуре.

Источником тока с металлическими электродами. Они характеризуются следующими значениями удельной разрядной мощности: серебряно-цинкового элемента 96 Вт/кг, удельной разрядной энергии 46 Вт-ч/кг. Изготовленные нами элементы имеют следующие параметры: удельная зарядная и разрядная мощность 157 Вт/кг, 130 Вт/кг; удельная зарядная и разрядная энергия, соответственно равны 310 Вт-ч/кг и 160 Вт-ч/кг. Сопоставление ХИТ с электродами 7и-ПЛНИ с серебряно-цинковыми элементами показывает, что перезаряжаемая батарея с полианилиновым электродом по своей экономической ценности эффективнее, чем батарея с металлическими электродами (см. таблица 1 - 3).

Таблица 1. Характеристики некоторых полимерных электродов

Полимер Диапо-зон разряд, В Кулонов-ский КПД, % Саморазряд, % Нарабо-тк. число циклов Удельная энергия, Вт-ч/кг

Полипиррол 3,5-2,0 98,8 100 200 80

Политиофен 4,2-3,5 96,2 35,5 200 75

Полиазулен 4,0-3,0 98,8 84 200 62

Поликарбазол 4,2-3,5 80,7 7,7 14 78

Полидибензо-корбозол 4,2-3,0 81,2 0,0 20 70

Полифенила-мин 4,1-3,0 93,1 8,0 31 76

Полиацетилен 4,1-5,0 95,6 6,7 200 60

Аккумуляторы Среднее напряжение, В Кулонов- ский КПД,% Саморазряда/о Наработка, число циклов Удельная энергия, Вт-ч/кг

Никель-кадмиевые 1,2 98,8 2-3 1000-1500 20-35

Серебряно-кадмиевые 1,08 97,8 2-3 300-500 70

Никель-Цинковые 1,74-1,85 96,2 2-4 150-200 50-70

Серебряно-Цинковые 1,50-1,85 98,8 2-4 50-100 130

Таблица 3. Физические характеристики аккумуляторов с полимерными электродами

Цинк-ПАНИ

g eS N 2 п о Среднее зарядное и разрядное напряжение, В Зарядный и разрядный ток, А г а # и s и к и Q3 о н Удельная зарядная и разрядная емкость, А-ч Удельная заряд-ная и разрядная энергия, Вт-ч/кг Удельная зарядная и разрядная мощность Вт-кг

¡г и H s -е р В «5 и и а s

s а ^ S s ч a U3 UP 1з 1р Ч £ Оз Ор W, WW. Рз Рр

012104 3 X © © X «Ч ъ <s © t— 0\ © X ЧТ rî © X 2 © 0 г-1/3 0 Г)

022101 4 X о 4 X © © ъ 1/3 чт ь ^с 0\ © х X © X X fS fS <s 0 ЧТ X

012103 о X © © X «/Г © X 1/3 0 © 0\ © X X чт X © X X © 0\ 4 <s Os X 1/3 1Л rî 2

Изучение вольтамперных характеристик данных ХИТ показало, что разработанная технология перспективна для создания новых ХИТ с улучшенными электрическими и экономическими параметрами.

Литература

1. Антонишен И. В., Туев В. И., Южанин М. В. Способ измерения внутреннего сопротивления химических источников тока. Доклады ТУСУРа, 2010. № 2 (22). Часть 2. C. 75-81.

2. Блайт Э. Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров. М.: Физматлит, 2008. 376 с.

3. Темирова М. А. Влияние допирования на электрофизические свой-ства полианилина // Узбекский журнал. Проблемы механики. Ташкент, 2007. № 4. C. 35 -37.

4. Samuelson L., Liu W., Nagarajan R., Kumar J., Bruno F. F., Cholli A., Tripathy S. Synth. Met., 2001. V. 119. P. 341-402.

5. Heeger Alan J. Semiconducting and matallic polymers: the forth generation of polumeric materials. Nobel Lecture, Chemistry, 2000. P. 381-417.

6. Темирова М. А. Исследование физических свойств полианилина и разработка химичиских источников тока на их основе: Дисс... канд.физ. мат. наук. Ташкент, 1999. 21 с.

7. Avlyanov J. K., Min Y., Mac Diarmid A. G. and Epstein A. J. Structure and propererties of processible conluctive polyaniline blends. // Synth. Metal., 1995. Vol. 72. № 71. P. 138.

КВАНТОВОЕ ПРОСТРАНСТВО Гибадуллин А. А.

Гибадуллин Артур Амирзянович / Gibadullin Artur Amirzyanovich — студент, кафедра физико-математического образования, факультет информационных технологий и математики, Нижневартовский государственный университет, г. Нижневартовск

Аннотация: статья посвящена исследованию истоков и природы пространства -времени на квантовом уровне, созданию моделей материи, взаимодействий, пространства и времени, позволяющих объяснить квантовые явления и парадоксы. Квантовое пространство по своим свойствам отличается от обыденного пространства макромира, для него справедливы неопределенности, дискретно -непрерывное устройство. Многовременная составляющая проявляется на всех уровнях организации материи и на различных масштабах, откуда следует ее универсальность. Ключевые слова: квантовое, пространство, материя, уровень.

Поведение элементарных частиц отличается от наблюдаемого нами поведения материальных тел. Для них отсутствует однозначная траектория движения, невозможно одновременно точно измерить их координату и импульс. Все это наводит на мысль о том, что причина таких особенностей заключается в устройстве самого пространства. Подобно тому, как все тела состоят из мельчайших элементарных частиц, связанных взаимодействиями, на малых масштабах происходит формирование того, что воспринимается нами как пространство-время. Расхождения при попытках создать квантовую гравитацию, объединяющую метрические теории гравитации и квантовую механику, показали, что квантовое пространство мало изучено современной наукой.

Понимание его видится необходимым при установлении характера формирования жизни на молекулярном уровне [1]. Для объяснения особенностей пространства микромира подходит концепция временных пространств и новая относительность [2]. Она предусматривает наличие неопределенностей пространства-времени на очень малых масштабах [3]. А также дискретно-непрерывное устройство, которое можно представить в виде решетки над ним [4]. Такое устройство обуславливает возникновение и поведение всех элементарных частиц [5]. Квантово -временная модель объясняет природу размерности реального физического пространства [6]. Вдобавок, она имеет прикладное значение в области квалиметрических и наукометрических исследований [7].

На основе временной концепции достигается квантованность пространства и создание квантовой гравитации [8]. При этом на любых уровнях и масштабах проявляется временная составляющая [9]. В дальнейшем закономерно появление концепции надпространства или суперверса [10]. Объединение всего на основе представления о наиболее общей временной природе [11]. И, как следующий шаг, разработка теории всего, в которой ключевая роль присваивается времени [12].

Литература

1. Гибадуллин А. А. Биоориентированная наука // European research, 2016. № 7 (18). С. 19-20.

2. Гибадуллин А. А. Временные пространства и новая теория относительности // Современные инновации, 2016. № 2 (4). С. 4-5.

3. Гибадуллин А. А. Динамическое пространство с неопределенностями // International scientific review, 2016. № 13 (23). С. 16-17.

4. Гибадуллин А. А. Квантовая решетка в многовременном пространстве // European research, 2016. № 8 (19). С. 17-18.