![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Неграфитизируемые углеродные материалы (hard carbon) являются наиболее перспективными анодными материалами для натрий-ионного аккумулятора. Большинство исследований в этой области посвящены синтезу и изучению базовых электрохимических характеристик анодных материалов, т.е. имеют сугубо прикладной характер. Эти исследования не отвечают на фундаментальные вопросы о процессах, протекающих при зарядно-разрядном циклированиитаких материалов. Так, до сих пор отсутствует единая модель, описывающая механизм внедрения катионов натрия в турбостратную структуру hard carbon. Целью данного проекта является установление взаимосвязи микроструктуры и электрохимических свойств материалов для построения релевантной модели процесса (де)интеркаляции Na+ в неграфитизируемые анодные материалы, что будет способствовать развитию новых подходов к направленному дизайну углеродных материалов.
Non-graphitizable carbon materials which also named hard carbons are the most promising anode materials for sodium-ion battery. The vast majority of the studying in this area is devoted to synthesis and electrochemical properties and they are non-systematic and useful just for an application in real batteries. The great importance is to find an answer on fundamental questions about the processes occurring during charge-discharge cycling of hard carbons. A general mechanism explaining the electrochemical processes is still missing. The main goal of this project is a comprehensive analysis of microstructures changes. It can help us to build a relevant model of the sodiation process, which will contribute to the development of certain approaches to the rational design of optimized carbon materials.
1. Материалы типа hard carbon синтезированы с помощью различных методик карбонизации с варьированием температурных режимов и времени отжига. Полученные материалы охарактеризованы с помощью методик порошковой рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и низкотемпературной адсорбции-десорбции азота. Сделаны выводы о микроструктурной неупорядоченности и содержании парамагнитых центров в полученных образцах углеродных материалов. Для материалов измерены такие показатели, как зярядно-разрядная ёмкость, кулоновская эффективность и проведён анализ циклируемости материалов. Выявлена первичная взаимосвязь структура – свойства. 2. Анализ механизма накопления заряда и его распределения на ёмкостную и псевдоёмкостную составляющие. Вкупе с анализом пористости данных углеродных материалов сделаны начальные выводы о процессах, протекающих при заряде-разряде материалов типа hard carbon. 3. Сформулированы представления об изменениях микроструктуры углеродного неграфитируемого материала в процессе заряд-разрядного циклирования на основании полученных данных КР- и ЭПР-спектроскопических исследований.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 октября 2019 г.-31 августа 2020 г. | Исследование процессов зарядно-разрядного циклирования неграфитизированных углеродных материалов для натрий-ионного аккумулятора |
Результаты этапа: 1. Синтезированы материалы типа hard carbon с помощью различных методик карбонизации с варьированием температурных режимов и времени отжига. Полученные материалы охарактеризованы с помощью методик порошковой рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и низкотемпературной адсорбции-десорбции азота. Сделаны выводы о микроструктурной неупорядоченности и содержании парамагнитых центров в полученных образцах углеродных материалов. Для материалов измерены такие показатели, как зярядно-разрядная ёмкость, кулоновская эффективность и проведён анализ циклируемости материалов. Выявлена первичная взаимосвязь структура – свойства. | ||
2 | 1 сентября 2020 г.-31 августа 2021 г. | Исследование процессов зарядно-разрядного циклирования неграфитизированных углеродных материалов для натрий-ионного аккумулятора |
Результаты этапа: В ходе работы по данному проекту был синтезирован и охарактеризован с помощью различных методов исследования ряд неграфитизируемых углеродных материалов (hard carbon) из D-глюкозы. Материалы продемонстрировали электрохимические характеристики, сопоставимые с лучшими результатами, опубликованными в мировой литературе. Было показано, как оптимизация первой ступени синтеза, которой не уделялось достаточное внимание в предыдущих работах, влияет на электрохимические характеристики материала. Отмечено, что с увеличением времени и температуры дегидратации материал демонстрирует кулоновскую эффективность до 89% на первом цикле и высокую электрохимическую емкость (300 мАч/г) в натрий-ионной электрохимической ячейке. Механизм накопления заряда в неграфитизируемом углероде был изучен с помощью линейной вольтамперометрии с разной скоростью развертки по потенциалу в 3-х электродной ячейке. Изменения локальной структуры материала были охарактеризованы методами КР-спектроскопии, порошковой рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии. Была предложена новая модель, по которой осуществляется механизм накопления заряда для неграфитизируемого углерода в натрий-ионном аккумуляторе. Согласно ей, процессам в ходе зарядно/разрядного циклирования отвечают три различные ступени на гальваностатической кривой. Так, на первом этапе происходит преимущественная адсорбция ионов натрия на углеродной поверхности. Процесс, отвечающий за участок плато на гальваностатической кривой ниже 120 мВ, предполагает интеркаляцию ионов натрия в межслоевое пространство. Также было обнаружено, что вблизи 40 мВ происходит возможное псевдоемкостное заполнение катионами натрия внутренних закрытых пор. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".