SKRYPT DO LABORATORIUM 

 
 
 

NAZWA PRZEDMIOTU 

Polimery przewodzące 

 
 

ĆWICZENIE 3: ELEKTROLITY ŻELOWE 

autor: prof. dr hab. Anna Lisowska-Oleksiak 

 
 
 
 
 
 

 

 

 

Gdańsk,  

 
 
 
 
 

 

2 

1.

 

Wymagania wstępne 

1.1.Ustawienia 

Znajomość instrukcji i treści wykładu dotyczącej zastosowania elektrolitów polimerowych 

Cele ćwiczenia:  

 
Wykaz przyrządów, materiałów i aparatury niezbędnej do przeprowadzenia ćwiczenia: 

•

 

reaktor do syntezy materiału żelowego,  

•

 

łaźnia wodna,   

•

 

konduktometr,  

Odczynniki chemiczne:  

•

 

polimetakrylan metylu,  

•

 

węglan propylenu,  

•

 

węglan etylenu,  

•

 

dimetyloformamid,  

•

 

ferrocen, K

3

Fe(CN)

6

 ,  

•

 

kwas salicylowy. 

Spodziewane efekty kształcenia - umiejętności i kompetencje:  

Poznanie metod wyznaczania przewodności zsyntezowanych materiałów. 

Metody dydaktyczne: 

Wykonanie  syntezy  przy  kontrolowaniu  parametrów  fizycznych:  mieszanie,  temperatura.  Pomiar 
stałej naczynka. Pomiar przewodności 0.1 M KCl oraz zsyntezowanego elektrolitu żelowego. 

Zasady oceniania/warunek zaliczenia ćwiczenia 

Prawidłowe  wykonanie  ćwiczenia  laboratoryjnego.  Zaliczenie  na  ocenę  pozytywną  testu.  Wykonanie 
sprawozdania z ćwiczenia,. 

Wykaz literatury podstawowej do ćwiczenia: 

1.  Skrypt do ćwiczeń 
2.  1. A. Kisza, Elektrochemia Jonika WNT 2002 

 

 

3 

2. 

Przebieg ćwiczenia  

L.p.  Zadanie 
1. 

Synteza materiału żelowego w reaktorze z kontrolowaną temperaturą 

2.  

Przygotowanie elektrolitu do pomiarów konduktywności  

3. 

Montaż celki do pomiaru przewodnictwa 

4. 

Analiza wyników 

5. 

Przygotowanie sprawozdania 

 

UWAGI! 

2.

 

Wprowadzenie do ćwiczenia 

ELEKTROLITY śELOWE 

Zapotrzebowanie  na  materiały  o  niskiej  emisji  par  związków  organicznych  przyczyniło  się  do 

postępu  w  dziedzinie  elektrolitów  polimerowych.  Klasyczny  elektrolit  polimerowy  to  taki,  w  którym 

rozpuszczalnikiem  dla  soli  jest  makrocząsteczka  polimerowa.  Archetypem  dla  tego  typu  elektrolitów 

jest politlenek etylenu (nazwą zgodna z IUPAC poli(oksyetylen)  (CH

3

(CH

2

CH

2

O)

n

CH

3

) z solami litu.  

Jak  dotąd  (2011)  nie  znalazły  one  zastosowania  komercyjnego  w  swej  czystej  formie. 

Przyczyną  tego  faktu  jest  dość  niska  przewodność  w  temperaturach  pokojowych.  Proponowane  są 

róŜnego  rodzaju  modyfikacje  elektrolitów  polieterowych.  Jednym  z  istotnych  rozwiązań  jest 

zastosowanie Ŝeli polimerowych, które osiągają znacznie lepsze parametry  elektryczne w porównaniu  

z elektrolitami bezrozpuszczalnikowymi.  

Elektrolit  Ŝelowy  moŜna  zaliczyć  do  kategorii  elektrolitów  polimerowych.  Elektrolity  Ŝelowe 

otrzymuje  się  poprzez  spęcznianie  polimeru  roztworem  elektrolitu  wodnego  lub  niewodnego  

w  zaleŜności  od  potrzeb.  Elektrolity  te  posiadają  przewodnictwo  elektryczne  porównywalne  

z przewodnością elektrolitów ciekłych, jednak zawsze niŜsze od przewodnictwa uŜytego elektrolitu do 

spęczniania.  śelowe  elektrolity  polimerowe  (gel  polymer  electrolyte  ang.)  znalazły  zastosowanie 

między  innymi  w  konstrukcji  baterii  litowych,  urządzeń  elektrochromowych,  superkondensatorów, 

elektrod  odniesienia.  Konsystencja  elektrolitów  Ŝelowych  do  pewnego  stopnia  zabezpiecza  ogniwa 

przed  zwarciem  i  wyciekaniem.  Elektrolity  Ŝelowe  nazywane  teŜ  są  „plastycznymi  elektrolitami 

polimerowymi” lub teŜ „elektrolitami polimerowymi trzeciej  generacji”.  Pod względem  fizycznym są 

to  lepkie  ciecze.  Oddziaływania  pomiędzy  składnikami  pozbawione  są  silnych  wiązań  chemicznych. 

Energia  oddziaływań  mieści  się  w  zakresie  oddziaływań  międzycząsteczkowych  i  najwyŜszą  energią 

charakteryzuje  się  to  wiązanie  wodorowe  do  20  kcal/mol.  Brak  oddziaływań  o  wyŜszej  energii  

sprawia,  iŜ  układy  te  tracą  swoje  właściwości,  w  czasie.  Pod  wpływem  zmian  temperatury  ulegają 

często degradacji, rozwarstwiają się.  

 

Elektrolity  Ŝelowe  otrzymuje  się  poprzez  wprowadzenie  polimeru  do  elektrolitu  ciekłego.  śel 

posiada kohezję przypisaną ciałom stałym natomiast dyfuzja jonów jest  charakterystyczna dla  cieczy. 

 

4 

Te  unikalne  właściwości  powodują,  Ŝe  Ŝel  znalazł  wiele  istotnych  zastosowań  jako  elektrolit  o  duŜej 

lepkości,  w  skali  komercyjnej  w  akumulatorach  bezobsługowych.  Dzięki  wprowadzeniu  matrycy 

polimerowej obniŜona zostaje znacznie pręŜność par rozpuszczalników ( w tym wody) [1].  

Najczęściej stosowane polimery do otrzymywania elektrolitów Ŝelowych to: 

 poli(oksyetylen)  (PEO),  poli(oksypropylen)  (PPO),  poli(akrylonitryl)  (PAN),  poli(chlorek  winylu) 

(PVC), poli(fluorek winylidenu) (PVdF), poli(metakrylan metylu) (PMMA- popularnie zwany pleksi). 

Rozpuszczalniki niewodne uŜywane do spęczniania polimeru to węglan propylenu PC, węglan etylenu 

EC,  tertehydrofuran  THF,  dimetoksyeter.  Rozpuszczalniki  wraz  z  odpowiednimi  solami  stanowią 

elektrolit  spęczniający.    Wprowadzenie  innego  rodzaju  związków  dysocjujących  pozwala  rozszerzyć 

game  zastosowań.  I  tak,  wprowadzając  do  matrycy  polimerowej  roztwór  kwasu,  moŜna  uzyskać 

elektrolit  o  znaczym  przewodnictwie  jonów  protonowych.  Elektrolit  uzyskany  przez  zastosowanie 

kwasu  salicylowego  został  zaproponowany  do  budowy  ogniw  paliwowych  w  miejsce  membrany 

protonowej [ 2]. 

 

Tab 1.Przykłady elektrolitów Ŝelowych 

 

 

Z  powyŜszych  polimerów  często  stosowany  ze  względu  na  niska  cenę  jest  PMMA.  Polimer  ten 

wykazuje dobre właściwości Ŝelujące. Lepkość elektrolitu Ŝelowego zaleŜy od ilości PMMA, co więcej 

równieŜ  przewodnictwo  jest  ściśle  związane  z  ilością  polimeru  [

i

].  Im  większa  ilość  PMMA  tym 

przewodnictwo  polimeru  Ŝelowego  jest  mniejsze.  Wartość  przewodnictwa  polimeru  Ŝelowego 

składającego  się  z  PMMA/LiClO

4

/PC  mieściła  się  w  granicach  5x10

-3

  –  5x10

-5

  S  cm

-1

.  Przy  niskich 

stęŜeniach,  nie  przekraczających  20%  wagowych  PMMA,  układ  traktowany  jako  ciekły  elektrolit 

 

5 

zamknięty w matrycy polimerowej. Spadek przewodnictwa jonowego oraz wzrost w energii aktywacji 

przewodnictwa  dla  wysokich  stęŜeń  PMMA  powyŜej  45%  jest  przypisany  pewnym  oddziaływaniom 

pomiędzy  łańcuchem  polimerowym  a  pozostałymi  składnikami  elektrolitu.  Za  ciekły  elektrolit  uwaŜa 

się układ, w którym ilość PMMA nie przekracza 20% wagowych całości materiału.  

Praktyczne  zastosowanie  uzyskały  Ŝelowe  elektrolity  polimerowe  z  solami  litu  stosowane  

w  odwracalnych  i  pierwotnych  ogniwach  litowych.  śelowe  polimery  przewodzące  z  kwasowymi 

elektrolitami  wodnymi  stosowane  są  w  ogniwach  paliwowych  typu  PMFC  (polymer  membrane  fuel 

cell ang.)  

 

Część praktyczna 

Materiały i sprzęt 

Odczynniki 

Poli(metakrylan metylu) – PMMA 

Dimetyloformamid - DMF 

Węglan propylenu –PC 

Węglan etylenu –EC 

kwas salicylowy  KS 

Ferrocen  Fc 

K

3

Fe(CN)

6 

 

Barwnik z grupy barwników azowych 

 

Celem ćwiczenia jest: 

A)

 

sporządzenie polimeru Ŝelowego oraz  

B)

 

wyznaczenie przewodności właściwej 

C)

 

pomiar krzywej polaryzacyjnej dla reakcji redoks ferrocenu Fc/Fc

+

 lub Fe(CN)6

3-/4-

 

A) Przygotowanie elektrolitu Ŝelowego: 

Elektrolit  Ŝelowy  naleŜy  otrzymać  w  trzech  etapach.  Etap  pierwszy  polega  na  otrzymaniu  elektrolitu 

ciekłego poprzez rozpuszczenie odpowiedniej soli w mieszaninie rozpuszczalników: np: EC: PC:DMF 

w  stosunku  wagowym  1:1:1.  Całość  umieścić  w  kolbie  dwuszyjnej  małej  (50  cm

3

)  pod  chłodnicą 

zwrotną  (małą)  (Dipol  mieszający  ma  wrócić  do  szuflady  po  skończonych  ćwiczeniach).  Kolbę 

umieścić  na  mieszadle  magnetycznym  i mieszać  do  całkowitego  rozpuszczenia  soli.  W  etapie  drugim 

naleŜy  stopniowo,  bardzo  powoli,  dodać  sproszkowany  polimer  PMMA  do  ogrzanego  do  temp  85

o

C 

roztworu.  Termopara  ma  być  umieszczona  w  łaźni  wodnej,  a  nie  w  kolbie  reakcyjnej.  Nie  wolno 

dopuścić  do  wsypania  całości  PMMA  w  jednej  porcji!  W  etapie  trzecim  naleŜy  dalej  ogrzewać 

 

6 

mieszając  w temp  85

o

C  przez    45-60  minut,  aby  doprowadzić  do  całkowitego  rozpuszczenia  PMMA. 

Temperatura nie moŜe przekroczyć 100

o

C. Po rozpuszczeni finalny produkt uŜyć w kolejnych etapach 

prac laboratoryjnych (punkt B, C) 

 

W Tabeli 2 podano skład polimeru Ŝelowego. 

Tabela 2 

PMMA [g] 

EC [g] 
Węglan  etylenu 
(cialo stałe) 

PC  
Węglan 
propylenu 
[mL] 

DMF 
Dimetyloformamid 
mL 

Kwas 
salicylowy [g] 

Substancja 
barwna 
[mg] 

1 

12.5 

10.2 

0.5 

1.0 

1 

g 

wg 

wskazań 
prowadzącego 

1 

12.5 

10.2 

1 

−

- 

Ferrocen 0.1  
Lub 
K3Fe(CN)6 
0.1 

 

Ad B 
1)Wyznaczyć  stałą  naczynka  konduktometrycznego  wykonując  pomiar  przewodności  elektrolitu  o 
znanej  wartości 

κ

  np.  :  0.1  M  KCl  –  naleŜy  odszukać  dane  w  Tablicach  Fizykochemicznych  dla 

zadanej temperatury.   
 
2) Umieścić elektrody naczynia konduktometrycznego w uzyskanym elektrolicie Ŝelowym. Podłączyć 
do konduktometru. Odczytać wartość przewodnictwa. Obliczyć przewodność właściwą. 
 
3) Wyznaczenie stałej naczynka z jego geometrii. 
 
4) Wyznaczenie przewodności elektrolitu Ŝelowego na dwa sposoby. 
 
Literatura 

1.

 

F.M. Gray, Polymer electrolytes, VCH 1998 

2.

 

A.  M.  Stephan,  Review  on  gel  polymer  electrolytes  for  lithium  batteries,  European  Polymer 
Journal 42(2006)21-42 

3.

 

B. 

Scrosatti, 

et 

al. 

Proton 

polymeric 

gel 

electrolyte 

membranes 

based 

on 

polymethylmethacrylate, Journal ofThe Electrochemical Society 146(1)27-31(1999)._ 

 
 
 

 
                                                 

Materiały do przedmiotu PMOR , Anna Lisowska-Oleksiak, 2011