|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Тонкие литий-проводящие мембраны на основе Li1+xAlxGe2- xP3O12, полученные методом пленочного литьядипломная работа (Бакалавр)
- Научные руководители: Иткис Д.М., Визгалов В.А.
- Автор: Луковкина А.Р.,
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2016
- Аннотация: В настоящее время большой интерес научного сообщества вызван новыми химическими источниками тока, которые способны в несколько раз превысить текущие показатели по удельной энергии и мощности современных литий-ионных аккумуляторов. Одной из таких электрохимических систем является литий-воздушный аккумулятор. Он основан на реакции электрохимического окисления металлического лития кислородом воздуха. Для создания такого аккумулятора необходимо решить несколько материаловедческих и инженерных задач. Одна из них – проблема защиты металлического литиевого анода от доступа к нему компонентов воздуха. Наиболее перспективным вариантом решения этой проблемы является создание тонкой газоплотной мембраны твердого литий-проводящего электролита, которая способна изолировать анодную часть аккумулятора от катодной, оставаясь проницаемой только для ионов лития. К материалу твёрдого электролита для такой мембраны предъявляется ряд требований: он должен обладать высокой ионной проводимостью при комнатной температуре (не менее 10-4Ом-1см-1), химической стабильностью к компонентам воздуха и металлическому литию, электрохимической стабильностью. Наиболее перспективным материалом, удовлетворяющим предъявляемым требованиям, является Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3 (LAGP) со структурой NASICON. Его ионная проводимость при комнатной температуре превышает 10-4 Ом-1см-1. Необходимо также помнить, что сама мембрана должна быть достаточно тонкой (≈ 50÷150 мкм), так как она вносит значительный вклад в массу аккумулятора. Это требование к твердому электролиту является необходимым условием для достижения высокой удельной энергии конечного химического источника тока. Тонкие мембраны твердого электролита можно получать путём спекания оксидов, методом кристаллизации стекла или используя технологию плёночного литья, причём последняя имеет существенное преимущество за счет того, что позволяет изготавливать мембраны без дополнительной механической обработки, в связи с этим именно этот подход было решено использовать в рамках этой работы. Целью данной работы является разработка тонких газоплотных литий-проводящих мембран для использования в качестве твёрдого электролита литий-воздушного, литий- серного аккумулятора. Для достижения данной цели предполагалось оптимизировать условия технологии плёночного литья подобных мембран, определить наиболее подходящий способ получения исходных проводящих частиц для нанесения, изготовить мембраны по технологии плёночного литья и исследовать их функциональные свойства, а также микроструктуру и газоплотность. В качестве метода получения исходных частиц был выбран метод кристаллизации стекла, так как этот метод позволяет осуществлять контролируемый рост частиц, а также остатки стеклообразной фазы улучшают спекание. Изготовление мембран твёрдого электролита осуществлялось при помощи технологии плёночного литья. Для её оптимизации было подобрано соотношение частиц LAGP, связующего (поливинилбутираль), пластификатора (полиэтиленгликоль) и растворителя (этанол). Таким образом, в качестве источника частиц для технологии плёночного литья использовалась стеклокерамика LAGP, и исследовались свойства полученных мембран в зависимости от времени кристаллизации исходной стеклокерамики и условий термообработки мембран. В ходе работы на основании данных ТГ, ДТА и дилатометрии были определены температуры предварительной термообработки и спекания мембран, которые составили 500 °C и 800 °С соответственно. Была исследована ионная проводимость мембран, изготовленных из стеклокерамики с различным временем кристаллизации. Было замечено, что наибольшая проводимость достигается для образцов, полученных из стеклокерамики с временем кристаллизации 120 минут. Используя данные частицы в качестве исходных, были изготовлены мембраны с различным временем спекания. Нами было показано, что зависимость ионной проводимости таких образцов от времени термообработки имеет максимум при времени спекания 10 часов, и максимальная проводимость мембраны составляет 2,14.10-4 Ом-1см-1. По данным РФА и РЭМ такая мембрана состоит преимущественно из кристаллической фазы LAGP, частицы которой имеют средний размер 0,81±0,32 мкм. Таким образом, в данной работе было разработан подход, позволяющий получать тонкие (50-200 мкм) литий-проводящие мембраны методом плёночного литья. Были оптимизированы условия получения мембран методом плёночного литья, выявлены корреляции между функциональными свойствами конечных мембран и условиями получения исходных частиц, температурным режимом отжига мембран.
- Добавил в систему: Иткис Даниил Михайлович