ИСТИНА

1. Поиск и исследование новых материалов катода и электролита твердооксидных топливных элементов 2. Поиск и исследование новых материалов катода литий-ионных аккумуляторов

Поиск новых материалов электролита ТОТЭ проводился среди новых перовскитоподобных оксидов состава SrSn1-xGaxO3 и LaxSr1-xSnyGa1-yO3. Сложные оксиды на основе SrSnO3 с общей формулой LaxSr1-xSn1-yGayO3-δ, где 0 ≤ x ≤ 0.375 и 0 ≤ y ≤ 0.75, были впервые синтезированы методом керамического синтеза из SnO2, Ga2O3, La2O3 и SrCO3, причем для образцов SrSn1-yGayO3-δ, 0 ≤ y ≤ 0.375, методом керамического синтеза были получены практически однофазные образцы с относительной интенсивностью примесных пиков до 3%, а методом Spark Plasma Sintering (SPS) был получен SrSn0.75Ga0.25O3-δ, который, по данным РФА, не содержал каких-либо примесей. Образцы, допированные лантаном, показали значительное количество примесей при синтезе керамическим методом. Исследования методами EDX и РФА выявили существование твердых растворов в системе SrSn1-yGayO3-δ, где y ≤ 0.5. Для образцов LaxSr1-xSn1-yGayO3-δ, где 0.125 ≤ x ≤ 0.375 и 0.5 ≤ y ≤ 0.75, исследование методом РФА также показало возможность образования твердых растворов. По данным высокотемпературного РФА образцов SrSn1-yGayO3-δ, 0 ≤ y ≤ 0.375, структура соединений претерпевает искажение псевдокубической структуры с переходом в тетрагональную ячейку при 600-700оС. При более высоких температурах (700-800оС) структура образцов переходит “обратно” в кубическую сингонию (очевидно, структура становится действительно разупорядоченной, а не «псевдокубической», как в случае низких температур). КТР образцов SrSn1-yGayO3-δ, 0 ≤ y ≤ 0.375, имеет допустимые для материала электролита ТОТЭ значения (10.6 * 10-6 К-1 для образцов y= 0.125, 0.25; 10.9 * 10-6 К-1 для образца y = 0, 12.8 * 10-6 К-1 для образца y = 0.375). В настоящее время проводятся исследования кислород-ионной проводимости для всех полученных образцов. Также в работе было продолжено исследование катодных материалов литий-ионных аккумуляторов на основе LiFePO4 и Li2CoPO4F. Катодный материал Li2CoPO4F, как было показано ранее, характеризуется относительно высокой электрохимической емкостью (145 мАч/г для 1Li) и высоким рабочим потенциалом (~5.5 В отн. Li/Li+), что делает его крайне перспективным для использования в высокоемких устройствах хранения энергии. С другой стороны, электрохимическое исследование такого материала требует особого подхода, т.к. стандартный электролит имеет свойство окисляться при потенциалах выше 4.8 В отн. Li/Li+. В связи с этим были предприняты попытки изучения электрохимического поведения материала на основе Li2CoPO4F в потенциально более устойчивых электролитах, например, 1M раствор LiBF4 в тетраметиленсульфоне. Как результат, при скорости гальваностатического циклирования С/5 (меньшие скорости неприемлемы из-за достаточно высокого фонового тока) разрядная емкость составила 85 мАч/г (интервал потенциалов 3-5.5 В отн. Li/Li+) с падением до 70 мАч/г на пятом цикле. Несмотря на невысокие значения полученной емкости, положительное влияние «высоковольтного» электролита проявилось в том, что значение кулоновской эффективности достигло 0.99 на пятом цикле (в коммерческом электролите эта величина составляет порядка 0.7). В настоящий момент проводятся оптимизация условий синтеза материала с целью повышения измеряемой величины его разрядной емкости (при сохранении высокого значения кулоновской эффективности). Целью той части работы, которая была посвящена другому катодному материалу - LiFePO4, - стало получение оптимизированного катодного композита, способного циклироваться на высоких (до 20С) скоростях заряда/разряда для потенциального использования в высокомощных устройствах хранения энергии. В ходе выполнения работы были использованы различные методы синтеза: твердофазный с использованием полиэтиленгликоля (ПЭГ); золь-гель с использованием глюкозы; а также исследованы образцы, полученные гидротермальным способом синтеза. Наилучшие результаты (разрядная емкость порядка 140 мАч/г при скорости С/10 и 85 мАч/г при скорости 10С; интервал потенциалов 2.5-4.2 В отн. Li/Li+) были достигнуты при использовании ПЭГа в качестве углеродсодержащей добавки. Работы в этом направлении продолжаются.