ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Натрий-ионные аккумуляторы (НИА) являются одними из самых перспек-тивных пост-литиевых аккумуляторов на сегодняшний день. Они обладают ря-дом преимуществ перед другими пост-литиевыми системами, а также непосред-ственно и перед литий-ионными аккумуляторами. Так, например, НИА более экологичные и менее дорогие, за счет большей распространенности натрия в земной коре. Для коммерциализации технологии необходимы анодные материа-лы с высокой кулоновской эффективностью, большой удельной емкостью и хо-рошей стабильностью. «Твердый углерод» (hard carbon) – является неграфити-зируемой формой углерода, в структуре которой присутствуют разупорядочен-ные графеноподобные слои. Разупорядоченность структуры «твердого углеро-да» позволяет катионам натрия интеркалировать в увеличенное межплоскостное пространство углерода, а также занимать другие позиции (например, адсорби-роваться внутри закрытых пор). Данный материал является наилучшим канди-датом на роль анодного материал в НИА, так как обладает высокой электрохи-мической емкостью в отличие от графита, в структуру которого практически не внедряются ионы натрия [1]. Существует множество методов синтеза неграфитизируемого углерода, часть из которых направлена на увеличение удельной емкости «твердого» угле-рода. Одним из подходов является синтез материала с большим количеством микропор, что, по предположениям научного сообщества, способствует образо-ванию нанокластеров металлического натрия внутри микропор при заряде элек-трохимической ячейки. Для создания материала с большим количеством мик-ропор используют темплатный метод синтеза, в котором, например, в качестве темплата может использоваться глюконат или цитрат магния. Такой подход позволяет получить материалы с очень большой удельной емкостью до 480 мАч/г [2]. Целью данной работы является синтез материалов с высокой разряд-ной емкостью с помощью темплатного синтеза неграфитизируемого углерода на основе источников оксида магния и кальция, после удаления которых в струк-туре неграфитизируемого углерода способны образовываться микропоры. Для получения неграфитизруемого углерода была использована карбониза-ция раствора глюкозы на воздухе с последующим высокотемпературным отжи-гом. Для увеличения микропористости были использованы ацетат магния и глюконат кальция. После первого отжига темплат – оксид магния или кальция удаляли в соляной кислоте, затем материал подвергался повторному отжигу. Образцы были проанализированы с помощью метода низкотемпературной сорбции-десорбции азота, рентгеновской дифракции и растровой электронной микроскопии. Также были проведены электрохимические испытания получен-ных материалов в натриевых полуячейках. Полученные образцы показывают разрядную емкость 260 мАч/г и кулоновскую эффективность на первом цикле 59% для материала на основе магния и разрядную емкость 228 мАч/г кулонов-скую эффективность на первом цикле 58% для материала на основе кальция. По результатам гальваностатических испытаний лучшие значения разрядной емко-сти и кулоновской эффективности показали анодные материалы, которые были получены путем отжига на 600 °C и повторном отжиге на 1300 °C. Было обна-ружено, что недостаточное удаление оксидов уменьшает разрядную емкость материалов. В дальнейшем работа будет направлена на оптимизацию условий синтеза. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 17-73-30006-П).