Электрохимическая система LiTi₂(PO₄)₃ | водный раствор 1 M Li₂SO₄ | LiFePO₄ и макеты литий-ионного аккумулятора на её основе

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

Применение водного электролита в литий-ионных энергоаккумулирующих системах может решить некоторые проблемы, сопутствующие использованию электролитов на основе органических растворителей, такие как имеющийся риск воспламенения при нештатном нарушении герметичности и чувствительность эксплуатационных параметров к условиям производства. В рамках разработки одной из таких систем, LiTi₂(PO₄)₃ | водный раствор Li₂SO₄ (1 моль⋅л^− 1) | LiFePO₄, предложен способ их реализации в форме макетов, изготовляемых в корпусе из плёнки для ламинирования с применением офисного ламинатора. Тестирование макетов выявило положительную корреляцию удельной ёмкости и удельной энергии LiTi₂(PO₄)₃ и всего макета аккумулятора, а также стабильности при циклировании при увеличении отношения LiFePO₄ : LiTi₂(PO₄)₃ по массе от 0.33 до 2.15. Максимальная удельная ёмкость LiTi₂(PO₄)₃ при разряде наблюдалась для макета с отношением масс, равным 1.74, и составила 116 . Вместе с этим удельная разрядная ёмкость LiFePO₄ изменяется в широком диапазоне от 41 до 104 без значимой корреляции с балансом активных материалов и оказывается значительно меньше продемонстрированной им в полуячейке с гарантированным отсутствием влияния процессов на противоэлектроде (146 ).

Авторы:

Харчикова Евгения Витальевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, b1708637@mail.ru

Булюкина Виктория Александровна, Научно-исследовательский институт химических источников тока (акционерное общество), 410015, Россия, Саратов, ул. им. Орджоникидзе Г. К., 11а, buluykinavika@mail.ru

Ушаков Арсений Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, arsenivushakov@ya.ru

Ключевые слова:

литий-ионный аккумулятор с водным электролитом, макет аккумулятора, фосфат железа(II)-лития, оливин, фосфат лития-титана(IV)

Литература

1. Cell having current cutoff valve. Pat. 0364995B1, № 89119366.6; filed 18.10.1989; publ. 25.04.1999. URL: https://patents.google.com/patent/EP0364995B1/fr?oq=0364995 (дата обращения: 10.10.2019).

2. Tarascon J. M., Armand M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries // Nature. 2001. Vol. 414. P. 359–367.

3. Saw L. H., Ye Y., Tay A. A. O. Integration issues of lithium-ion battery into electric vehicles battery pack // J. Clean. Prod. 2016. Vol. 113. P. 1032–1045.

4. Li W., Dahn J. R., Wainwright D. S. Rechargeable lithium batteries with aqueous electrolytes // Science. 1994. Vol. 264, № 5162. P. 1115–1118.

5. Padhi A. K., Nanjundaswamy K. S., Goodenough J.йB. Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries // J. Electrochem. Soc. 1997. Vol. 144, № 4. P. 1188–1194.

6. Delmas C., Nadiri A., Soubeyroux J. L. The NASICON-type titanium phosphates ATi₂(PO₄)₃ (A = Li, Na) as electrode materials // Solid State Ionics. 1988. Vol. 28–30. P. 419–423.

7. Осинцев Д. И., Девяткина Е. Т., Уваров Н. Ф., Косова Н. В. Литий титанофосфат в качестве катода, анода и электролита для литиевых аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2005. Т. 5, № 2. С. 139–145.

8. Martı́nez-Juárez A., Pecharromán C., Iglesias J. Relationship between Activation Energy and Bottleneck Size for Li+ Ion Conduction in NASICON Materials of Composition LiMM′(PO₄)₃; M, M′) Ge, Ti, Sn, Hf // J. Phys. Chem. B. 1998. Vol. 102, № 2. P. 372–375.

9. Liu L., Zhou M., Wang G., Guo H., Tian F., Wang X. Synthesis and characterization of LiTi₂(PO₄)₃/C nanocomposite as lithium intercalation electrode materials // Electrochim. Acta. 2012. № 70. P. 136–141.

10. Kim H., Hong J., Park K. Y., Kim H., Kim S. W., Kang K. Aqueous rechargeable Li and Na ion batteries // Chem. Rev. 2014. Vol. 114, № 23. P. 11788–11827.

11. Dong X., Chen L., Su X., Wang Y., Xia Y. Flexible Aqueous Lithium-Ion Battery with High Safety and Large Volumetric Energy Density // Angew. Chem. Int. Ed. 2016. Vol. 55. P. 7474–7477.

12. Luo J. Y., Cui W. J., He P., Xia Y. X. Raising the cycling stability of aqueous lithium-ion batteries by eliminating oxygen in the electrolyte // Nature Chemistry. 2010. Vol. 2. P. 760–765.

13. Гридина Н. А., Романова В. О., Чуриков М. А., Чуриков А. В., Иванищева И. А., Запсис К. В., Волынский В. В., Клюев В. В. Исследование катодного материала LiMn_yFe_1 − yPO₄ для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2013. Т. 13, № 4. С. 181–186.

14. Булюкина В. А., Ушаков А. В., Чуриков А. В. Функциональное поведение материалов на основе фосфата железа(II)-лития со структурой трифилит в литий-аккумулирующей системе с водным электролитом // Электрохимическая энергетика. 2017. Т. 17, № 1. С. 37–55. DOI: https://doi.org/10.18500/1608-4039-2017-1-37-55

15. Кулова Т. Л., Скундин А. М. Простой метод диагностики причин деградации электродов при циклировании литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2011. Т. 11, № 4. С. 171–178.

Журнал:

2019. Т. 19, № 4,

Рубрика:

Литиевые электрохимические системы

DOI:

https://doi.org/10.18500/1608-4039-2019-19-4-173-185

Текст в формате PDF:

скачать

(downloads: 209)