Литиевые электрохимические системы

Проведено изучение внутреннего сопротивления литий-ионного аккумулятора, разработанного и изготовленного ОАО «Сатурн», как исходного, так и после длительного циклического ресурса методами импульсной хронопотенциометрии и электрохимического импеданса. Показано, что чем выше гексагональная упорядоченность материала и чем ближе степень катионного смешения к оптимальному значению, тем меньше поляризационное сопротивление аккумулятора как исходного, так и ресурсного. Обнаружено также, что чем меньше исходное поляризационное сопротивление аккумулятора, тем больше его циклический ресурс

В статье представлен опыт применения химических источников тока электрохимической системы литий – хлористый тионил и батарей на их основе в бортовых системах электроснабжения современной и перспективной ракетно-космической техники России.

На основании анализа литературных и собственных экспериментальных данных сформулирован закон деградации кремниевых электродов при их циклировании. Показано, что ёмкость электрода Q на n-м цикле может быть вычислена из соотношения Q = Q₀ exp(kn+βn²/2), где Q₀ — начальная ёмкость, k и β — эмпирические константы.

В работе изучена возможность определения внутреннего сопротивления аккумуляторов импульсным методом с последующим Фурье-преобразованием переходной характеристики. Предложенным методом исследовано изменение внутреннего сопротивления литий-серных ячеек (ЛСЯ) в зависимости от степени заряда и разряда и при длительном зарядно-разрядном циклировании. Показано, что внутреннее сопротивление ЛСЯ максимально в точке, соответствующей переходу между высоковольтной и низковольтной площадками как на зарядных, так и на разрядных кривых.

Изучено влияние полисульфидов лития на некоторые закономерности циклического катодного осаждения – анодного растворения металлического лития на инертном электроде из нержавеющей стали и металлическом литиевом электроде в сульфолане. Показано, что введение полисульфидов лития в сульфолановые растворы приводит к существенному увеличению длительности (в 2 и более раза) и эффективности циклирования металлического литиевого электрода и лития на электроде из нержавеющей стали, а также к снижению скорости коррозии катодных осадков лития.

Исследована структура и получены разрядные и зарядные характеристики тонкоплёночных электродов, полученных послойным магнетронным напылением кремния и алюминия в атмосфере с небольшими добавками кислорода. Показано, что такие электроды устойчиво циклируются с незначительной необратимой ёмкостью.

Проведены циклические испытания литий-ионных аккумуляторов в широком интервале температур и токов разряда. Обнаружено, что существует некоторая пороговая разрядная нагрузка, при превышении которой разрядная ёмкость резко падает.

Исследованы разрядные характеристики образцов нанотитаната лития, синтезированных твердофазным методом из диоксида титана анатазной модификации и разных соединений лития. Получены количественные данные об изменении формы разрядных кривых при увеличении тока разряда. Качественно характер изменения формы разрядной кривой объяснён с позиций модели гетерогенного зерна нанотитаната лития. Установлено, что зависимость разрядной ёмкости от плотности тока не описывается общим уравнением Пейкерта, а распадается на два участка.

Методом электролиза расплава KCl-KF-K₂SiF₆-SiO₂ в атмосфере воздуха получены микро- и нановолокна кремния, перспективные для использования в качестве компонента анодного материала в литий-ионных аккумуляторах. Определены оптимальные технологические параметры процесса электролиза. Исследованы морфология, фазовый и химический состав электролитических осадков кремния. Проведена оценка электрохимического поведения нановолокон кремния в составе композиционной анодной массы в ячейках с твёрдым полимерным электролитом.

Методом механохимической активации с карботермическим восстановлением был синтезирован ряд твёрдых фаз – смешанных фосфатов лития–железа–марганца с общей формулой LiMn_yFe_1-yPO₄ (0 ≥ y ≥ 1) с углеродным покрытием поверхности частиц. Синтезированные смешанные фосфаты были исследованы в качестве перспективных катодных материалов для литий-ионного аккумулятора. Показан положительный эффект замещения относительно небольшой доли железа на марганец, что улучшает электрохимические показатели в режиме токовых нагрузок до 10C.