|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Определение коэффициента диффузии ионов лития в черный фосфор.курсовая работа (Специалист)
- Научный руководитель: Захарченко Татьяна Константиновна
- Автор: Владимирова Н.
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Кафедра: Кафедра неорганической химии
- Год защиты: 2016
- Курс: 4
- Аннотация: Энергетика играет важную роль в развитии современного общества. Количество не возобновляемого ископаемого топлива уменьшается, и в скором времени уже не сможет отвечать требованиям бурного развития мировой экономики. К тому же, сжигание топлива приводит к загрязнению воздуха и к парниковому эффекту. Обширные исследования были направлены на поиск новых источников энергии; большое внимание было уделено т.н. «зеленой энергии» - солнечному свету, водным потокам, ветру, приливам и геотермальной теплоте. Однако, эти источники энергии непостоянны, поэтому необходимо их преобразовывать в другой тип энергии и найти способ сохранять ее. Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) - наиболее эффективные устройства хранения энергии с момента их коммерциализации, обладающие прекрасными характеристиками - высоким напряжением разомкнутой цепи, большой емкостью заряда, длительным циклом жизни и экологичностью. ЛИА широко применяются в портативных электронных устройствах и имеют широкие перспективы для применения в электрических транспортных средствах, гибридных электромобилях и т.д. Использование ЛИА сильно зависит от структуры и свойств активных электродных материалов и электролитов. Поиск новых анодных материалов с высокой производительностью (высокой емкостью и стабильностью при большом количестве циклов заряда/разряда) является актуальной проблемой в настоящее время. Первые литиевые аккумуляторы использовали анод из металлического лития и катод из оксидов различных металлов [1]. К сожалению, эта схема проявила себя как весьма ненадежная – аккумуляторы регулярно вспыхивали или взрывались. Эту проблему удалось окончательно решить заменой материала анода на графит и других материалов на основе углерода. Сегодня перечень используемых анодных материалов в промышленности обширна: соли и оксиды 3d и 4d металлов, материалы на основе углерода. Емкость анода графита ограничена теоретически 372 А∙ч/кг по анодному материалу, из-за малого количество лития, которое может интеркалироваться в структуру графита (соединение, ограничивающее обратимую интеркаляцию – LiC6; то есть максимально возможно вхождение 1 атом лития на шесть атомов углерода в графите без разрушения структуры) [2]. Но на практике значение емкости всегда будет меньше. Емкость промышленных батареек с использованием в качестве анодного материала Li4Ti5O12 еще меньше чем у графитовых (140 – 160 А∙ч/кг) [3]. Так же ведутся работы по исследованию возможности использования других типов материалов в качестве анода для ЛИА: нитриды переходных металлов [4], композиты на основе кремния [5], системы из фосфидов различных металлов [6] – из-за их способности обратимо реагировать с большим количеством ионов лития на формульную единицу ячейки, а значит, теоретическая емкость данных материалов будет значительно выше чем у промышленных. [7] Большое внимание было обращено к черному фосфору из-за его большой теоретической емкости – 2596 А∙ч/кг. Известны несколько работ по исследованию данного материала; в одной из работ для анодного материала, полученного из черного фосфора, модифицированного углеродом, емкость после 20 циклов заряда/разряда составила около 1000 А∙ч/кг. [8] Интеркаляция лития в черный фосфор изучалась до этого в ряде работ, но не была представлена информация о кинетике диффузии лития в данное соединение, определяющая удельную мощность получаемых батарей из данного анодного материала. В этой работе была исследована кинетика интеркаляции Li+ в черный фосфор и были определены коэффициенты диффузии Li+ с помощью различных электрохимических методов. Цель данной работы: оценить коэффициент диффузии лития в черном фосфоре. Задачи: 1) охарактеризовать черный фосфор методами КР-спектроскопии и рентгенофазовым анализом; 2) собрать ячейки для поставленных электрохимических задач; 3) провести измерения и определить коэффициент диффузии методами ПСТТ, СИ используя уравнения Рэндлса-Шевчека.
- Добавил в систему: Захарченко Татьяна Константиновна