microbik.ru
1
Интеркаляция лития в сложный фосфат ниобия

Мадуар С.Р.

Студент

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,

химический факультет, Москва, Россия

E-mail: salmad@ya.ru

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) сегодня являются наиболее перспективными устройствами для накопления электрической энергии. Поэтому поиск и исследование новых электродных материалов для ЛИА является актуальной задачей. Для целого ряда применений важную роль играет удельная мощность электродного материала. Несмотря на огромное количество работ в данной области, в литературе мало внимания уделено оксидам 4d ряда. Данные соединения обладают блочной структурой (типа ReO3) с большими каналами (из-за значительного радиуса 4d катиона); следовательно, скорость процессов интеркаляции лития может быть высокой, что соответствует большой удельной мощности электродного материала. Поэтому целью настоящей работы являлось исследование кинетики интеркаляции лития в сложный фосфат ниобия Nb9PO25, который обладает каркасной структурой с большими каналами для диффузии лития.

Процесс синтеза сложного фосфата ниобия Nb9PO25 оптимизирован для получения монодисперсного материала, пригодного для электрохимических исследований. Размер частиц, определённый с помощью электронной микроскопии, составил ~ 1мкм. Параметры элементарной ячейки находятся в хорошем согласии с литературными данными [1].

На основе синтезированного фосфата ниобия приготовлен стабильный при циклировании электродный материал с обратимой ёмкостью 155 мА*ч/г (~0,8Li:1Nb), который исследовали различными электрохимическими методами: потенциостатическим титрованием, циклической вольтамперометрией, спектроскопией импеданса. На основе полученных данных построены зависимости химического коэффициента диффузии лития D от состава, величина которого находится в интервале 10-11-10-9см2/с. Коэффициенты диффузии, полученные различными методами, хорошо согласуются между собой.

Определённые в ходе работы характеристики материала, такие как ёмкость и коэффициент диффузии, сравнимы или даже превышают таковые для коммерческих материалов (например, для литий-титановой шпинели Li4Ti5O12 D ~ 10-12 -10-11 см2/с, ёмкость С ~ 150-160 мА*ч/г) [2].
Литература


  1. Patoux S., Dolle M., Rousse G., Masquelier C. A. Reversible Lithium Intercalation Process in an ReO3-Type Structure PNb9O25.// J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. P. A391-A400.

  2. Scrosati B., Garche J. Lithium batteries: Status, prospects and future. // Journal of Power Sources. 2010. V. 195. P. 2419–2430.