Литиевые электрохимические системы

Изучена динамика саморазряда двух однородных групп (А и Б) дисковых литиевых ХИТ ВR2325, с катодами на основе сверхстехиометрического фторуглерода CF_1.20, выбранных из единой опытной партии 10000 штук. Причина возникновения через 3–6 месяцов хранения двух разных групп ХИТ связана с появлением в катодах источников тока группы А фтористого водорода, который образуется при автокаталитическом гидролизе C-F–связей влагой (0.1–0.5%).

Проведены сравнительные исследования природного и синтезированного дисульфида железа. Установлены физические, химические, структурные и макроструктурные характеристики порошков пирита. Методом циклической вольтамперометрии исследованы электрохимические свойства катодов на основе FeS₂ в неводном жидком (1М LiClO₄; ПК+ДМЭ) и полимерном (ХПВХ; 1М LiClO₄; ПК) электролитах.

Проанализированы основные тенденции в развитии материалов для положительного электрода литий-ионных аккумуляторов (ЛИА). Приведена статистика публикаций по химическим источникам тока в журнале «Journal of Рower Sources» за период с марта 2006 по апрель 2007 г. Показано, что из всех перезаряжаемых источников тока наиболее интенсивно исследуются ЛИА, причём максимальное количество работ посвящено усовершенствованию активного материала положительного электрода.

Показано, что анализ гальваностатических зарядно-разрядных кривых в нормированных координатах позволяет сделать предварительные выводы о механизме деградации электродов при циклировании. Если деградация обусловлена потерей активного вещества, все нормированные кривые совпадают. В случае, когда деградация связана с образованием изолирующих поверхностных плёнок, нормированные кривые смещаются по оси потенциалов. При структурных изменениях происходит качественное изменение формы гальваностатических кривых.

В работе впервые показана возможность использования гидролизного лигнина в качестве активного компонента катодного материала первичного литиевого источника электрической энергии. Методами импедансной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской флуоресцентной спектроскопии исследованы электропроводность, морфология и элементный состав гидролизного лигнина. Изучены основные параметры и поведение литиевого химического источника тока на основе лигнина с использованием 1М раствора LiBF4 в ?-бутиролактоне.

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.

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+?n²/2), где Q₀ — начальная ёмкость, k и ? — эмпирические константы.

Рассмотрена проблема использования разрядных и шумовых характеристик первичных источников тока системы тионилхлорид –- литий для определения их состояния (в первую очередь степени разряженности).

Приведен краткий обзор процессов, происходящих в литий-ионных аккумуляторах в случае возникновения нештатных ситуаций при их эксплуатации. Представлены и обсуждены результаты испытаний литий-ионного аккумулятора емкостью 150 А·ч в случаях его перезаряда, переразряда, короткого замыкания внутри аккумулятора и короткого замыкания внешней цепи. Предложены рекомендации по минимизации нежелательных последствий.

Для определения разряженности химических источников тока разработан импульсный способ, при котором тестируемый ХИТ разряжают импульсом постоянного тока специальной формы и замеряют напряжение на элементе до и в момент воздействия импульса. По величине этих напряжений и другим вычисленным электрическим параметрам определяют по разработанному алгоритму разряженность ХИТ. Спроектирован и изготовлен переносной тестер «ОСА», в котором заложен разработанный алгоритм определения разряженности ХИТ.