Литиевые электрохимические системы

Рассмотрены современное состояние разработок литий-ионных аккумуляторов, основные проблемы и перспективы их усовершенствования.

Методом твердофазного отжига получены соединения состава Li_yNi_xCo_1-xO₂. Оптимизированы условия синтеза (исходные компоненты, температура и время отжига), которые позволяют синтезировать фазы с y > 0.97, что является необходимым условием использования рассматриваемых материалов в качестве положительных электродов литий-ионных аккумуляторов. Изучены зарядно-разрядные характеристики электродов, изготовленных на основе соединений Li_yNi_xCo_1-xO₂.

Изучены процессы термодеструкции ацетатов пития, кобальта и их смесей. Методами ИК-спектроскопии и термогравиметрического анализа установлено, что на начальной стадии нагрева смесей ацетатов лития и кобальта происходит образование двойных солей и лишь затем осуществляется их термодеструкция. Комплексонометрическим и йодометрическим титрованием изучено изменение окислительно-восстановительного состояния кобальта в процессе термодеструкции и установлено, что с ростом температуры синтеза степень окисления кобальта уменьшается.

С помощью методов хронопотенциометрии, вольтамперометрии и потенциостатического включения определены электрохимические характеристики процесса интеркаляции лития в углеродное волокно на основе полиакрилонитрила: удельная электроемкость, кинетические токи, коэффициенты диффузии лития по волокну, токи саморазряда. Исследования выполнены при 298 К в 1 М растворах LiCIO₄, в смешанных органических растворителях пропиленкарбонат + диметоксиэтан (7:3) и пропиленкарбонат + диэтилкарбонат (3:1).

Проанализированы принципиальные подходы к созданию перспективных для практического использования твердых полимерных электролитов (ТПЭ). Получены новые ТПЭ на основе аморфных сополимеров акрилонитрила СКН-40 и ПАН и солей лития LiAsF₆, LiCF₃SO₃, LiCIO₄. Определены пределы растворимости солей в полимерной матрице СКН-40. Методом ИК-спектроскопии изучены процессы ионной сольватации и ассоциации в широком диапазоне концентраций соли. Измерены транспортные характеристики ТПЭ в интервале 20–100°С.

Проведены исследования поведения электрохимических систем, организованных способом непосредственного контакта Li-анода и полимерного композита, включающего сополимер полиакрилонитрила и органического полупроводника, представляющего собой соль тиопирилия с анионами ClO₄^- и SnCl₆^2-.

Получены новые фазы системы Li₂O-MnO₂, способные обратимо электрохимически внедрять литий при потенциале около 3 В и имеющие стабильную емкость на уровне 70–80 мА·ч/г. Низкая стоимость, простота изготовления и высокая циклируемость синтезированных оксидов делает их перспективным катодным материалом для литий-ионных аккумуляторов.

Исследованы структурные характеристики и морфология поверхности электролитических осадков V₂O₅, MnO₂, Co₂O₃ и бинарных оксидных соединений V–Mn, Mn–Ni, Mn–Cr, Co–Ni и Co–Cr. Рассмотрены вероятные механизмы их образования.

Целью настоящей работы явилось изучение возможности создании герметичного никель-кадмиевого аккумулятора KGL300P на базе производственного аккумулятора KL300Р с ламельными электродами с использованием универсального принципа принудительной подачи кислорода в поры кадмиевого электрода. Показано, что полотно нетканое геотекстильное марки «Геоком Д-200» может быть использовано в качестве сепарационного материала при разработке такого аккумулятора.

Проведено сравнительное изучение электрохимических характеристик композиций водородсорбирующий сплав типа АВ₅ – никель (в качестве активирующей, электропроводной добавки) в зависимости от гранулометрического состава компонентов. Установлено, что оптимальным для облегчения активируемости и повышения разрядной ёмкости металлогидридного электрода является композиция, состоящая из порошка водородсорбирующего сплава с размерами частиц от 50 до 100 мкм и электропроводной добавки с диаметром частиц менее 0,5 мкм.