Струмотворчі механізми в літієвих джерелах струму на основі нанокомпозитів
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/62.177Ключові слова:
оксид заліза, трифторид заліза, наноструктурований стан, нанокомпозит, літієве джерело струму, електрохімія, фарадеївський процесАнотація
Мета. Встановлення закономірностей формування наноструктурованих станів оксидів і фторидів заліза та з’ясування механізмів перебігу електрохімічних струмотворчих реакцій у літієвих джерелах струму з катодами на їх основі. Методика дослідження базується на використанні наступних методик: Х-променевий структурно-фазовий аналіз, месбауерівська спектроскопія, скануюча електронна мікроскопія, диференціально-термічний та термогравіметричний аналіз, адсорбційна порометрія, циклічна вольтамперометрія, хронопотенціометрія, імпедансна спектроскопія. Для математичної обробки, моделювання та інтерпретації результатів експерименту застосовувалось програмне забезпечення: Unіvеm MS 7.01, FullРrоf, РоwdеrСеll 2.4, FіndІt 1.3.3, Dіаmоnd 3.2і, ZVіеw-2, FRА-2. Результати дослідження. Отримані результати досліджень полягають у визначенні закономірності формування наноструктурованих станів оксидів і фторидів заліза та розкритті механізмів перебігу електрохімічних струмотворчих реакцій у літієвих джерелах струму (ЛДС) з катодами на їх основі. Було встановлено взаємозв’язки між умовами синтезу, структурно-фазовим станом і морфологічними характеристиками синтезованих матеріалів та експлуатаційними параметрами відповідних макетів літієвих джерел струму. Наукова новизна. В роботі встановлено, що фаза гематиту в складі нанокомпозитів FеF3 / α-Fе2О3 при невеликих значеннях ступеня впровадження іонів літію (х £ 1 ат./форм.од.) виступає в ролі структурностабілізуючого агента і є пасивною щодо перебігу струмотворчих процесів у відповідних ЛДС. При глибокому розряді до 0,5 В, а також при подальшому циклюванні зафіксовано її залучення до інтеркаляційного струмоутворення з наступною аморфізацією структури і зміною ступеня окислення іонів заліза із +3 до +2. Практичне значення. Встановлені механізми формування наноструктурованих станів оксидів і фторидів заліза та взаємозв’язки між умовами отримання і властивостями кінцевих продуктів є науковим підґрунтям для подальшої розробки технологічних схем синтезу широкого спектру сполук перехідних 3d-металів в наноструктурованому стані. Отримані результати можуть бути використані в галузі електрохімічної енергетики для створення промислових прототипів джерел живлення та для подальшої оптимізації функціональних властивостей фторидів заліза.Посилання
1. Li, T., Li, L., Cao, Y. L., Ai, X. P., & Yang, H. X. (2010). Reversible three-electron redox behaviors of FeF 3 nanocrystals as high-capacity cathode-active materials for Li-ion batteries. The Journal of Physical Chemistry C , 114 (7), 3190-3195. https://doi.org/10.1021/jp908741d
2. Мокляк, В. В., Коцюбинський, В. О., Колковський, П. І., Груб'як, А. Б., & Збіглей, Л. З. (2015). Термоіндукований розклад гідратованого трифториду заліза в потоці арґону. Металлофизика и новейшие технологии , 37 (3), 355-365. https://doi.org/10.15407/mfint.37.03.0355
3. Nénert, G., Fabelo, O., Forsberg, K., Colin, C. V., & Rodríguez-Carvajal, J. (2015). Structural and magnetic properties of the low-dimensional fluoride β-FeF 3 (H 2 O) 2 H 2 O. Dalton Transactions , 44 (31), 14130-14138. https://doi.org/10.1039/c5dt02242h
4. Liu, J., Liu, W., Ji, S., Wan, Y., Gu, M., Yin, H., & Zhou, Y. (2014). Iron Fluoride Hollow Porous Microspheres: Facile Solution‐Phase Synthesis and Their Application for Li‐Ion Battery Cathodes. Chemistry–A European Journal , 20 (19), 5815-5820. https://doi.org/10.1002/chem.201304713
5. Ma, D. L., Wang, H. G., Li, Y., Xu, D., Yuan, S., Huang, X. L., Zhang, X. B., & Zhang, Y. (2014). In situ generated FeF 3 in homogeneous iron matrix toward high-performance cathode material for sodium-ion batteries. Nano Energy , 10 , 295-304. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2014.10.004
6. Badway, F., Pereira, N., Cosandey, F., & Amatucci, G. G. (2003). Carbon-Metal Fluoride Nanocomposites: Structure and Electrochemistry of FeF 3 : C. Journal of The Electrochemical Society , 150 (9), A1209-A1218. https://doi.org/10.1149/1.1596162
7. Badway, F., Cosandey, F., Pereira, N., & Amatucci, G. G. (2003). Carbon metal fluoride nanocomposites: High-capacity reversible metal fluoride conversion materials as rechargeable positive electrodes for Li batteries. Journal of the Electrochemical Society , 150 (10), A1318-A1327. https://doi.org/10.1149/1.1602454
8. Коцюбинський, В. О., Мокляк, В. В., Колковський, П. І., & Груб’як, А. Б. (2012). Катодний матеріал на основі безводного фториду заліза. Проблеми електроніки та інфокумунікаційних систем : Матеріали Х V відкритої науково-технічної конференції інституту телекомунікації, радіоелектроніки та електронної техніки , 75;
9. Коцюбинський, В.О., Мокляк, В.В., Колковський, П.І., Груб’як, А.Б., & Ільницький, Р.В. (2012). Катодні матеріали літієвих джерел струму на основі дегідратованого фториду заліза. Modern problems of Condensed Matter : І I І- th International conference , 40.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
