ИСТИНА

Целью работы являлось создание функциональных материалов на основе титаната лития и титаната натрия с улучшенными энергетическими характеристиками для отрицательных электродов литий-ионного и натрий-ионного аккумуляторов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Исследовать влияние углеродного покрытия и наночастиц серебра на электрохимическое поведение композита LTO@C@Ag. 2. Исследовать электрохимическое поведение титаната лития, допированного галлием, в расширенном диапазоне потенциалов с целью увеличения удельной емкости. 3. Определить электрохимические характеристики титаната натрия и причины его деградации при циклировании. 4. Исследовать электрохимическое поведение титаната лития и титаната натрия при пониженных температурах с целью разработки металл-ионных аккумуляторов работоспособных при пониженных температурах. 5. Разработать литий-ионный аккумулятор системы «допированный феррофосфат лития – допированный титанат лития» с целью увеличения удельной мощности аккумулятора. Объектом исследования являлись титанаты лития (Li4Ti5O12, LTO), допированные галлием титататы лития (Li3.62Ti4.94Ga0.2O12) и натрия (Na2Ti3O7, NTO), синтезированные в рамках научной кооперации с ИОНХ РАН. В качестве электролитов использовали растворы неводных солей лития или натрия в апротонных растворителях. Исследование физико-химических и электрохимических характеристик титаната лития и титаната натрия и процессов, протекающих на электродах, проводили с помощью современных методов: хронопотенциометрии, циклической вольтамперометрии (ЦВА), электрохимической импедансной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеновской дифракции, термогравиметрии. Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Впервые показано, что в композитах LTO@C@Ag проявляется эффект повышения удельной ёмкости при повышенных токах за счёт комбинации углеродного покрытия на частицах титаната лития и наличия межчастичных включений серебра. 2. Впервые установлено, что допирование титаната лития галлием позволяет расширить диапазон обратимого циклирования без существенной деградации. 3. Впервые получено простое аналитическое выражение для процесса деградации электродов на основе титаната натрия с учётом тока циклирования. Практическая ценность работы заключается в том, что: 1. Предложены методы повышения разрядной емкости титаната лития, который заключается в его допировании металлом, в частности галлием или цинком, и как следствие этого, расширении диапазона циклирования (патент РФ № 168342). 2. Предложен отрицательный электрод литий-ионного аккумулятора, активный слой которого состоит из сплошной пленки аморфного кремния или кремниевого композита, на которую нанесен слой высокодисперсного нанотитаната лития (патент РФ № 2633529). 3. Продемонстрирована возможность разработки литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, работоспособных при пониженных температурах (до −45 оС).