Аноды на основе С/SiC для литий-ионных источников тока

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Композиции ультрадисперсных частиц Si и C являются перспективными анодными материалами литий-ионных источников тока с улучшенными энергетическими характеристиками. В работе изучены энергетические характеристики образцов полуэлементов литий-ионных источников тока с анодом из ультрадисперсных волокон SiC, а также смесей волокон SiC с графитом (C/SiC) и электролитически осажденными субмикронными волокнами кремния (C/Si/SiC). Показана работоспособность полученных смесей при литировании/делитировании. После 100 циклов анод из SiC достиг разрядной емкости 180 и 138 мА⋅ч/г при токе заряда С/20 и С, а аноды из смесей (мас.%) 29.5С-70.5SiC и 50Si-14.5С-35.5SiC достигли разрядных емкостей 328 и 400 мА⋅ч/г соответственно при токе заряда С/2. Кулоновская эффективность всех образцов составила выше 99%.

Об авторах

Наталия Максимовна Леонова

Уральский федеральный университет

ORCID iD: 0000-0003-1016-8977
Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 28

Анастасия Максимовна Леонова

Уральский федеральный университет

ORCID iD: 0000-0001-5900-7045
Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 28

Олег Андреевич Баширов

Уральский федеральный университет

ORCID iD: 0000-0001-5509-8816
Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 28

Алексей Сергеевич Лебедев

Южно-уральский федеральный научный центр минералогии и геоэкологии УрО РАН

ORCID iD: 0000-0002-6536-3684
Россия, 456317, г. Миасс, Ильменский заповедник

Алексей Алексеевич Трофимов

Уральский федеральный университет

ORCID iD: 0000-0003-1920-5869
Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 28

Андрей Викторович Суздальцев

Уральский федеральный университет; Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН

ORCID iD: 0000-0003-3004-7611
Scopus Author ID: 55218703800
ResearcherId: G-8015-2012
Россия, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 28

Список литературы

  1. Ли С. А., Рыжикова Е. В., Скундин А. М. Проблемы оптимизации соотношения активных масс в электродах литийионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 2. С. 68–72. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-2-68-72
  2. Журавлев В. Д., Щеколдин С. И., Андрюшин С. Е., Шерстобитова Е. А., Нефедова К. В., Бушкова О. В. Электрохимические характеристики и фазовый состав литиймарганцевой шпинели с избытком лития Li1 + xMn2O4 // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 3. С. 157–170. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-3-157-170
  3. Корнев П. В., Кулова Т. Л., Кузьмина А. А., Скундин А. М., Кошель Е. С., Климова В. М. Титанат лития, допированный неодимом, как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2022. Т. 22, № 3. С. 129–138. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2022-22-3-129-138
  4. Bini M., Ambrosetti M., Spada D. ZnFe2O4, a green and high-capacity anode material for lithium-ion batteries: A review // Applied Science. 2021. Vol. 11. Article number 11713. https://doi.org/10.3390/app112411713
  5. Чемезов О. В., Исаков А. В., Аписаров А. П., Брежестовский М. С., Бушкова О. В., Баталов Н. Н., Зайков Ю. П., Шашкин А. П. Электролитическое получение нановолокон кремния из расплава KCl–KF–K2SiF6–SiO2 для композиционных анодов литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2013. Т. 13, № 4. С. 201–204.
  6. Korchun A. V., Evshchik E. Yu., Baskakov S. A., Bushkova O. V., Dobrovolsky Y. A. Influence of a binder on the electrochemical behaviour of Si/RGO composite as negative electrode material for Li-ion batteries // Chimica Techno Acta. 2020. Vol. 7, № 4. P. 259–268. https://doi.org/10.15826/chimtech.2020.7.4.21
  7. Suzdaltsev A. Silicon electrodeposition for microelectronics and distributed energy: A mini-review // Electrochem. 2022. Vol. 3. P. 760–768. https://doi.org/10.3390/electrochem3040050
  8. Кулова Т. Л., Скундин А. М. Применение германия в литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторах (Обзор) // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 12. С. 709–742. https://doi.org/10.31857/S0424857021110050
  9. Chockla A. M., Klavetter K. C., Mullins C. B., Korgel B. A. Solution-grown germanium nanowire anodes for lithium-ion batteries // ACS Applied Materials & Interfaces. 2012. Vol. 4. P. 4658–4664. https://doi.org/10.1021/am3010253
  10. Fan Z., Wang Y., Zheng S., Xu K., Wu J., Chen S., Liang J., Shi A., Wang Zh. A submicron Si@C core-shell intertwined with carbon nanowires and graphene nanosheet as a high-performance anode material for lithium ion battery // Energy Storage Materials. 2021. Vol. 39. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.04.005
  11. Опра Д. П., Гнеденков С. В., Синебрюхов С. Л., Соколов А. А., Подгорбунский А. Б., Курявый В. Г., Майоров В. Ю., Машталяр Д. В., Устинов А. Ю. Допированный ванадием диоксид титана со структурой бронз как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов с улучшенными циклическими и мощностными характеристиками // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 1. С. 3–19. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-1-3-19
  12. Яковлева Е. В., Яковлев А. В., Краснов В. В., Целуйкин В. Н., Мостовой А. С., Курамина Н. Ю., Брудник С. В. Электрохимическое наноструктурирование графита для применения в химических источниках тока // Электрохимическая энергетика. 2020. Т. 20, № 1. С. 45–54. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2020-20-1-45-54
  13. Huang X. D., Zhang F., Gan X. F., Huang Q. A., Yang J. Z., Lai T., Tang W. M. Electrochemical characteristics of amorphous silicon carbide film as a lithium-ion battery anode // RSC Advance. 2018. Vol. 8. P. 5189–5169. https://doi.org/10.1039/C7RA12463E
  14. Sun X., Shao Ch., Zhang F., Li Y., Wu Q.-H., Yang Y. SiC nanofibers as long-life lithium-ion battery anode materials // Frontiers in Chemistry. 2018. Vol. 6. Article number 166. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00166
  15. Лебедев А. С., Суздальцев А. В., Фарленков А. С., Поротникова Н. М., Акашев Л. А., Вовкотруб Э. Г., Анфилогов В. Н. Карботермический синтез, свойства и структура SiC // Неорганические материалы. 2020. Т. 56, № 1. С. 22–29. https://doi.org/10.31857/S0002337X20010091
  16. Анфилогов В. Н., Лебедев А. С., Рыжков В. М., Блинов И. А. Карботермический синтез наноразмерного карбида кремния в автономной защитной атмосфере // Неорганические материалы. 2016. Т. 52, № 7. С. 712–717. https://doi.org/10.1134/S0020168516070025
  17. Гевел Т. А., Жук С. И., Устинова Ю. А., Суздальцев А. В., Зайков Ю. П. Электровыделение кремния из расплава KCl–K2SiF6 // Расплавы. 2021. № 2. С. 187–198. https://doi.org/10.31857/S0235010621020031
  18. Trofimov A. A., Leonova A. M., Leonova N. M., Gevel T. A. Electrodeposition of silicon from molten KCl–K2SiF6 for lithium-ion batteries // Journal of the Electrochemical Society. 2022. Vol. 169. Article number 020537. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ac4d6b
  19. Choi J.-H., Choi S., Cho J. S., Kim H.-K., Jeong S. M. Efficient synthesis of high areal capacity Si@graphite@SiC composite anode material via one-step electro-deoxidation // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 896. Article number 163010. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163010
  20. Abdurakhimova R. K., Laptev M. V., Leonova N. M., Leonova A. M., Schmygalev A. S., Suzdaltsev A. V. Electroreduction of silicon from the NaI–KI–K2SiF6 melt for lithium-ion power sources // Chimica Techno Acta. 2022. Vol. 9, № 4. Article number 20229424. https://doi.org/10.15826/chimtech.2022.9.4.24
  21. Gevel T., Zhuk S., Leonova N., Leonova A., Trofimov A., Suzdaltsev A., Zaikov Y. Electrochemical synthesis of nano-sized silicon from KCl–K2SiF6 melts for powerful lithium-ion batteries // Applied Science. 2021. Vol. 11. Article number 10927. https://doi.org/10.3390/app112210927
  22. Jiang Y., Offer G., Jiang J., Marinescu M., Wang H. Voltage hysteresis model for silicon electrodes for lithium ion batteries, including multi-step phase transformations, crystallization and amorphization // Journal of the Electrochemical Society. 2020. Vol. 167. Article number 130533. https://doi.org/10.1149/1945-7111/abbbba
  23. Galashev A. Y., Vorob’ev A. S. First principle modeling of a silicene anode for lithium ion batteries // Electrochimical Acta. 2021. Vol. 378. Article number 138143. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.138143

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».