ИСТИНА

В современную эпоху развития портативных электронных устройств, электротранспорта и других энергоемких отраслей все большее внимание уделяется проблемам запасания энергии с использованием перезаряжаемых химических источников тока. Наиболее высокоемкими вторичными источниками тока являются литий-воздушные аккумуляторы, теоретическая удельная мощность которых достигает значений 1000 Вт*ч/кг. Но к сожалению, практическая удельная емкость литий-кислородного источника тока оказывается значительно меньше теоретической. Кроме того, наблюдается существенное уменьшение емкости при переходе к большим разрядным токам, что препятствует промышленному использованию таких аккумуляторов. Причиной такого процесса является осаждение продукта реакции – пероксида лития на поверхность катода и, как следствие, образование блокирующего слоя, препятствующего дальнейшему восстановлению кислорода. Важную роль в процессе образования осадка играет электролит так, как он определяет стабильность промежуточных продуктов реакции восстановления кислорода. Однако, какие именно его свойства оказываются наиболее значимыми пока неясно. В связи с этим целью данной работы является определение механизмов, управляющих формированием и ростом твердых литий-содержащих продуктов восстановления кислорода в литий-кислородных аккумуляторах с апротонными электролитами. В качестве материала электродов была выбрана углеродная бумага, поскольку это материал с контролируемой макропористостью; в качестве электролита использовали растворы бистрифторметилсульфонилимида лития в ряде растворителей, демонстрирующих сравнительную стабильность к окислению промежуточными продуктами реакции восстановления кислорода, включая пероксид и надпероксид-анион. Показано, что восстановление кислорода в присутствии ионов лития в электролите протекает с образованием пластинчатых частиц Li2O2, формирующих, в зависимости от сольватирующей и реакционной способности растворителя, пленки или агломераты сложной морфологии. На основании данных рентгеновской дифракции, малоуглового рассеяния нейтронов и морфологии продуктов разряда предложен механизм формирования иерархических форм пероксида лития, включающий гомогенную нуклеацию наночастиц и формирование мезокристаллов в поле электрода, их дальнейшее разрастание за счет встраивания в торец пластин с участием процессов рекристаллизации.