|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Исследование процессов электрохимического осаждения литиядипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Иткис Д.М.
- Автор: Рулев Алексей Антонович
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2016
- Аннотация: В настоящее время стремительное развитие портативной электроники и электротранспорта требует улучшения существующих аккумуляторов. Одно из направлений увеличения удельной емкости литий-ионных аккумуляторов – увеличение удельной емкости отрицательного электрода. Литий был бы идеальным материалом для анода, поскольку он имеет наибольшую возможную удельную емкость, и при его использовании достигается максимальное напряжение. Однако, сейчас использование металлического лития сопряжено с существенными проблемами, основная из которых – крайне неоднородное осаждение металлического лития в виде филаментов (в литературе часто называемых «дендритами») при заряде аккумулятора с металлическим отрицательным электродом. Механизм их образования остается не до конца ясен. Было предложено большое количество различных путей подавления роста дендритов лития, однако до сих пор не предложен подход, который подходил бы для реальных условий циклирования ячейки. Для оценки эффективности различных подходов обычно применяется большой набор аналитических методик, включая растровую электроную, оптическую и атомно-силовую микроскопию, ЯМР, рентгеновскую томографию и др. Однако большинство применяемых методик дают лишь качественные сведения об электроосажденом литии. Так же большинство используемых методик являются локальными, что затрудняет их применение для определения эффективности различных методов подавления роста «дендритов». Целью этой работы является выявления возможности получения гладких осадков лития при его электроосаждении из электролитов, содержащих добавки электронеактивных катионов. Задачами стали определение пределов электрохимической стабильности растворителей и электролитов на различных электродах, электрохимическое исследование осаждения лития в различных электролитах, разработка электрохимических ячеек для in situ исследования процессов электроосаждения методами оптической микроскопии и нейтронной рефлектометрии и мониторинг . Электрохимичсекие исследования проводили в герметичных стеклянных трехэлектродных ячейках. Вспомогательными электродами являлись платина или металлическая литиевая фольга. Потенциалы измеряли относительно Ag+/Ag, отделенного от основного объема ячейки нанопристым стеклом. В качестве электролитов были использованы растворы перхлората лития в безводном пропиленкарбонате. В качестве неэлектроактивного катиона мы выбрали тетрабутиламмоний. Его электрохимическая стабильность была определены методом циклической вольтамперометрии. Для определения эффективности подавления дендритов использовались различные электрохимические методы, а так же in situ и ex situ оптическая микроскопия. Для получения количественных характеристик микроструктуры осажденного нами было впервые предложено использовать нейтронную рефлектометрию. Для проведения нейтронной рефлектометрии in situ нами была разработана специальная трехэлектродная электрохимическая ячейка. Эксперименты по рефлектометрии проводили на рефлектометре с горизонтальной плоскостью образца ГРЭИНС на реакторе ИБР-2 в Дубне (ОИЯИ). Электрохимическими методами было обнаружено, что тетрабутиламмоний стабилен при потенциале осаждения лития и является неэлектроактивным катионом в этих условиях. Так же было показано, что при добавлении перхлората тетрабутиламмония уменьшается миграционный ток. Продемонстрировано, что в присутствии добавок тетрабутиламмония наблюдается существенное снижение количества осажденного в форме филаментов лития и отдельных зародышей, морфология осадка становится более гладкой. Были подобраны условия для проведения экспериментов по нейтронной рефлектометрии. Мы показали, что использование дейтерированного растворителя (пропиленкарбоната) существенно увеличивает контраст полученных рефлектограмм, при этом метод позволяет определять слои толщиной в единицы нанометров. В ходе работы показано, что добавки тетрабутиламмония в электролит позволяют снизить скорость роста «дендритов» при электроосаждении металлического лития при плотностях тока не более 100 мА/см2, что на данный момент недостаточно для практического применения. Тем не менее, проведенные эксперименты свидетельствуют о важной роли миграционного тока и распределения линий напряженности электрического поля вблизи неровностей электрода. Кроме того, впервые методом нейтронной рефлектометрии был проведен мониторинг электроосаждения лития. В продолжение работы нами будет проведен сравнительный анализ электроосаждения лития данным методом в различных условиях.
- Добавил в систему: Иткис Даниил Михайлович