|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Электродные материалы для натрий-ионных аккумуляторов на основе оксидных и оксоанионных соединений железа и титанадипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Дрожжин О.А.
- Автор: Скорупский Г.А.,
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2015
- Аннотация: В связи с высокой стоимостью и малыми мировыми запасами лития с недавнего времени стали активно изучаться аналогичные литий-ионным натрий-ионные аккумуляторы, которые, с одной стороны, значительно дешевле по причине замены лития на натрий, но, с другой стороны, пока еще демонстрируют более низкие удельные энергетические параметры и циклическую стабильность. Основной вклад в определение энергетических характеристик аккумулятора вносят материалы электродов, в связи с чем одной из наиболее важных задач в области создания натрий-ионных аккумуляторов является поиск и характеризация новых, улучшенных материалов для анода и катода, что и является целью представленной работы. В ходе работы нами были исследованы четыре системы: на роль анода натрий-ионного аккумулятора был предложен оксид NaTi5NbO13, предположительно имеющий структуру, схожую с описанным в литературе Na2Ti6O13; также в качестве анодных материалов рассматривались TiO2 (анатаз), допированный ниобием, и натрий-титановая бронза NaxTiO2; в качестве катодного материала нами был изучен слоистый фторидофосфат Na2FePO4F. Структуры соединений приведены на Рис. 1. Для характеризации материалов был использован ряд аналитических методов, включая порошковую рентгеновскую дифракцию, растровую электронную микроскопию, энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию, циклическую вольтамперометрию и гальваностатическое циклирование. NaTi5NbO13 получали методом катионного обмена из исходного оксида K3Ti5NbO14. Катионный обмен был проведен в два этапа: сначала ионы калия были замещены на протоны в концентрированной соляной кислоте. В полученном соединении протоны были заменены на катионы натрия в 1М растворе NaCl, после чего порошки материала были отожжены при температуре 350оС в течение 12-24ч. Профиль порошковой рентгенограммы полученных образцов не соответствует ни одному соединению из представленных в базе ICDD PDF-4+ 2014, в связи с чем в настоящее время предпринимаются попытки определить кристаллическую структуру соединения. Также в настоящее время проводятся электрохимические исследования с целью определения возможности обратимой интеркаляции ионов натрия в структуру. Анатаз TiO2, допированный ниобием, получали золь-гельным методом синтеза. Из раствора хлоридов титана и ниобия в концентрированной соляной кислоте соосождали гидроксиды металлов, которые впоследствии были отожжены при температуре 350оС в течение 36 часов. Полученный материал проявляет значимую электрохимическую активность при (де)интеркаляции лития, причем обратимая емкость соответствует 37 внедрению в структуру более 0.5 Li+ на одну формульную единицу. В настоящее время производятся электрохимические исследования для определения возможности обратимой интеркаляции катионов натрия в материал. Натрий-титановую бронзу NaxTiO2 получали гидротермальным методом из гидроксида натрия и свежеосажденного геля диоксида титана. Из результатов электрохимических исследований установлена возможность материала обратимо интеркалировать ионы лития до состава ~ Li0.3TiO2 и натрия до состава ~ Na0.2TiO2, что соответствует электрохимической удельной емкости порядка 90 и 60 мАч/г, соответствено. Фторидофосфат железа и натрия Na2FePO4F получали двумя методами: гидротермальным, а также – впервые – сольвотермальным, с использованием этилового спирта и этиленгликоля в качестве растворителей. По результатом гальваностатического циклирования, наибольшая обратимая емкость для интеркаляции лития (~90% от теоретической из расчета на извлечение одного катиона) достигается в образце, полученном сольвотермальным методом с использованием 50% раствора этилового спирта в качестве растворителя. В настоящий момент проводятся исследования возможности извлечения второго катиона с целью максимизации емкости электрода, а также исследование поведения образцов, полученных сольвотермальным методом, в натриевой электрохимической ячейке.
- Добавил в систему: Дрожжин Олег Андреевич