ИСТИНА

Фундаментальная цель проекта - разработка новых интеркалируемых натрием и литием электродных структур и их всесторонняя физическая и электрохимическая характеризация. Для достижения основной цели проекта ставится задача всестороннего исследования процессов, сопровождающих обратимую интеркаляцию натрия и лития в активный материал электрода. Основой предлагаемого проекта будет комплексный подход к анализу физических и электрохимических свойств интеркалируемых литием электродных материалов. Традиционно используемые для этого методы рентгенодифракционного фазового и структурного анализа, электронной микроскопии, гранулометрического анализа способны оценить физическое состояние материала-матрицы ("хозяина"). Метод in situ рентгеновской дифракции позволит охарактеризовать структурные особенности допированных продуктов, количественное распределение легирующих компонентов в объеме частицы материала. Особенности литиевого транспорта в таких структурах будут также исследованы комплексом методов рентгеновской дифракции и электрохимических методов: импульсных хроноамперо- и хронопотенциометрии, электрохимической импедансометрии, циклической вольтамперометрии.

Проведено исследование особенностей химического состава, структуры, микроструктуры, морфологии, гранулометрического состава, электрохимических характеристик при обратимом внедрении лития из неводных сред для литий-аккумулирующего материала Li3V2(PO4)3 со структурой NASICON и продукты частичного замещения атомов V на атомы Mg в структуре - перспективного материала катода литий-ионного аккумулятора. В исследованиях применялись методы: рентгеновской и нейтронной дифракции, сканирующей электронной микроскопии (в комплексе с энергодисперсионным элементным микроанализом), Raman-спектроскопии, лазерного дифракционного гранулометрического анализа, постояннотоковой хронопотенциометрии, импульсных хроноамперо- и хронопотенциометрии в вариантах прерывистого титрования, спектроскопии электродного импеданса. Оценка электрохимического поведения материала с использованием метода постояннотоковой хронопотенциометрии (гальваностатического циклирования) показал способность выдерживать экстремально высокие скорости (токи) заряда-разряда электродов на его основе - до 300 С и более при сохранении приемлемого уровня интеркаляционной емкости. Причем, показана независимость емкости от тока циклирования в широком диапазоне токов (20 С - 200 С). Из анализа зарядно-разрядных кривых было установлено, что электрохимическая деинтеркаляция последнего атома лития (Li3) происходит со значительными кинетическими затруднениями: постепенное снижение вплоть до полного исчезновения емкости в области наиболее высоковольтовой ступени зарядно-разрядной кривой происходит в диапазоне токов 0.1 С - 20 С. Детальное исследование электрохимического поведения с использованием методов импульсных хроноамперо- и хронопотенциометрии, спектроскопии электродного импеданса показали резкое падение кинетических характеристик, и, прежде всего, коэффициента диффузии лития (D) на 2-3 порядка величины. Все эти факты указывают на неэквивалентность позиций лития в структуре Li3V2(PO4)3. Это также было показано детальными исследованиями структуры материала с совместным анализом данных методов рентгеновской и нейтронной дифракции. Была подтверждена структура соединения, определены координаты атомов и заселенности атомных позиций. Оценка характерного времени диффузии лития в частицах материала с учетом данных гранулометрии хорошо согласуется с временем регистрации зарядно-разрядных кривых при различных токах и зависимостью емкости от тока.