ИСТИНА

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.