Литиевые и постлитиевые электрохимические системы

Проанализированы принципиальные подходы к созданию перспективных для практического использования твердых полимерных электролитов (ТПЭ). Получены новые ТПЭ на основе аморфных сополимеров акрилонитрила СКН-40 и ПАН и солей лития LiAsF₆, LiCF₃SO₃, LiCIO₄. Определены пределы растворимости солей в полимерной матрице СКН-40. Методом ИК-спектроскопии изучены процессы ионной сольватации и ассоциации в широком диапазоне концентраций соли. Измерены транспортные характеристики ТПЭ в интервале 20–100°С.

Рассмотрены современное состояние разработок литий-ионных аккумуляторов, основные проблемы и перспективы их усовершенствования.

Получены уравнения, описывающие влияние параметров процесса формования на плотность лент активной массы и активного слоя угольных, диоксидномарганцевых и оксидномедных электродов, позволяющие рассчитывать и оптимизировать технологические параметры и параметры оборудования. Определены зависимости критических значений критериев процесса формования от диаметра валков.

В работе дана классификация химических источников тока по их взрывоопасности, проведен анализ причин, приводящих к взрывам литиевых источников тока (ЛИТ), в частности литий-тионилхлоридных элементов. Предложен ряд конструкторско-технологических решений, направленных на увеличение пожаровзрывобезопасности ЛИТ.

Определены электрохимические характеристики тонких углеродных пленок, допированных кадмием. Показано, что допирование кадмием приводит к увеличению стабильной удельной емкости интеркаляции лития примерно в 1,5 раза. Профиль изменения потенциала во времени в сравнении с недопированным углеродом характеризуется появлением длинной пологой ступени при 0,050–0,060 В по литиевому электроду сравнения. Методами вольтамперометрии и потенциостатического включения определены кинетические характеристики интеркаляции-деинтеркаляции лития в кадмий-углеродные пленки.

Поли(5-винил-2-метилпиридин), осерненный элементной серой при 140–320°С (содержание серы до 45%), обладает электропроводностью (6.4·10^-11-1.6·10^-7 См/см), парамагнетизмом (6.2·10¹⁸—5.0·10¹⁹ сп/г, g = 2.0043–2.0046, АН = 0.49–0.58 мТл), окислительно-восстановительными и комплексообразующими свойствами.

Методом компьютерной оптимизации выбрана эквивалентная схема, описывающая поведение электрохимического импеданса твердофазной системы RbAg₄J₅ в атмосфере иода. Определены кинетические параметры неосновных носителей заряда - ионов иода, их взаимосвязь с центрами окраски и согласие с моделью аддитивного окрашивания.

При исследовании малосурьмяных сплавов Рb-(1,5–5–3,0)%Sb-(0,0–3,0)%Sn установлено, что комплексный показатель качества, обобщающий механические, литейные и коррозионные харакгеристики сплавов, зависит от суммы добавок сурьмы и олова, а не от их соотношения в сплаве. Наилучшим показателем качества при наименьшем содержании сурьмы обладает сплав Рb2,5%Sb-3,0%Sn, который может быть рекомендован для использования в малоуходных свинцовых аккумуляторах.

Экспериментально изучена пригодность ряда индивидуальных углеродных материалов для изготовления анода литийионного аккумулятора, проведено исследование их электрохимической активности в реакции обратимой интеркаляции лития из растворов солей LiClO₄ и LiPF₆ в растворителях на основе пропиленкарбоната, диметоксиэтана, этиленкарбоната и диэтилкарбоната. Аналогичные исследования выполнены на композиционных электродах, содержащих два углеродных компонента.

Проведены исследования поведения электрохимических систем, организованных способом непосредственного контакта Li-анода и полимерного композита, включающего сополимер полиакрилонитрила и органического полупроводника, представляющего собой соль тиопирилия с анионами ClO₄^- и SnCl₆^2-.