ИСТИНА

В последнее время целым направлением научных исследований стал поиск новых материалов для создания литий-ионных аккумуляторов. Одни из наиболее часто изучаемых материалов в этой области ― оксиды ванадия с различной морфологией, в том числе аэрогели. Данный класс соединений характеризуется большой площадью поверхности, высокой пористостью, однако обладает низкой электропроводностью. Для повышения проводимости материала обычно добавляют высокопроводящюю фазу (как правило, углеродную сажу). Однако в случае аэрогеля использование сажи нежелательно, поскольку агломераты углерода закупоривают поры аэрогеля, в результате чего эффективная площадь поверхности активного материала катода резко снижается. Элегантным решением данной проблемы стало добавление углеродных нанотрубок, которые не только обладают высокой электропроводностью, но и создают армирующий каркас. В данной работе предлагается в качестве добавки использовать вискеры на основе оксидов ванадия, которые, во-первых, образуют электропроводящий армирующий каркас, а во-вторых, так же, как и матрица, выполняют функцию катода. Цель настоящей работы ― синтез аэрогелей на основе оксидов ванадия, создание композитов «вискеры/аэрогель» на основе оксидов ванадия и исследование физико-химических свойств полученных материалов. В качестве прекурсора для синтеза образцов применяли влажный гель / ксерогель V2O5•nH2O. Вискеры синтезировали гидротермальным методом; аэрогели ― методом сверхкритической сушки. В качестве первичных и вторичных растворителей использовали: ацетон, изопропиловый спирт, н-гептан, н-гексан, этанол, а также комбинации этих растворителей. Замена растворителя осуществлялась как «дискретным» методом, так и «непрерывным». При создании композита производили смешивание вискеров и влажного геля, сразу после формирования последнего, после чего проводили сверхкритическую сушку. Полученные в настоящей работе вискеры представляли собой новую фазу (РФА). На основании РСМА, РФЭС, ТГА был установлен состав вискеров Ba0.25V2O5•nH2O. Исследование электрохимических свойств выявило достаточно высокую и стабильную разрядную емкость (~145 мАч/г), а также высокую электропроводность (~9•10-3 См/см). Синтезированные аэрогели (Рис. 1) с точки зрения морфологии обладали объемной чешуйчатой структурой с достаточно развитой поверхностью (до ~50 м2/г) (БЭТ). Электрохимические исследования выявили конкурентоспособную разрядную емкость аэрогелей (~300 мАч/г), однако электропроводность материала была не столь велика (~ 3•10-3 См/см), что и предопределило необходимость введения вискеров в качестве электропроводящей добавки. Композиты «вискеры/аэрогель» обладали морфологией, схожей с соответствующими аэрогелями. Электрохимические испытания выявили низкую разрядную емкость материала (10-20 мАч/г), однако было замечено, что окислительный отжиг приводит к повышению данной величины до ~80 мАч/г. В настоящее время стоит задача повышения значений разрядной емкости исследуемых материалов. Таким образом, можно заключить, что композит «вискеры/аэрогель» на основе оксидов ванадия потенциально может применяться в качестве катодного материала в литий-ионных аккумуляторах. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 10-03-00463а) и Гранта поддержки ведущих научных школ (НШ-6143.2010.3).