НОВЫЕ ЛИТИЕВЫЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ С АСИММЕТРИЧНЫМ ПОЛИМЕРНЫМ НАНОКОМПОЗИТНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ И LiFePO4 КАТОДОМ, ЭФФЕКТ «ЖИДКОФАЗНОЙ ТЕРАПИИ»

А. А. Слесаренко; Г. Р. Баймуратова; Н. А. Слесаренко; Г. З. Тулибаева; А. В. Юдина; О. В. Ярмоленко

doi:10.6060/rcj.2023674.8

А. А. Слесаренко ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук
Г. Р. Баймуратова ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук
Н. А. Слесаренко ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук
Г. З. Тулибаева ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук
А. В. Юдина ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук
О. В. Ярмоленко ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2023674.8

Ключевые слова: нанокомпозитный полимерный электролит, «жидкофазная терапия», твердотельный литиевый аккумулятор, LiFePO4 катод

Аннотация

Разработаны новые литиевые твердотельные аккумуляторы с асимметричным полимерным нанокомпозитным электролитом на основе диакрилата полиэтиленгликоля и SiO₂, использование которых позволило получить теоретическую емкость LiFePO₄ – катода. Нанокомпозитный полимерный твердотельный электролит может располагаться со стороны литиевого анода для реализации бездендритного и не подверженного коррозии высокообратимого осаждения/растворения лития, а микроколичества жидкого электролита, введенного на поверхность пористого LiFePO₄ – катода (так называемая «жидкофазная терапия») может обеспечивать легкую интеркалляцию лития в кристаллическую структуру оливина для обеспечения высокой заряд/разрядной циклируемости аккумулятора. Были исследованы электролиты на основе солей LiBF₄ и LiN(CF₃SO₂)₂ в гамма-бутиролактоне, диоксолане и диметоксиэтане методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля на ядрах ⁷Li и методом электрохимического импеданса. Показано, что «жидкофазная терапия» границы полимерный электролит/пористый катод эффективно увеличивает электродную реакцию только в случае состава жидкого электролита – 1 М LiN(CF₃SO₂)₂ в смеси диоксолана и диметоксиэтана (1 :2 по объему), в то время как 1 М раствор LiBF₄ в гамма - бутиролактоне, из которого состоит нанокомпозитный полимерный гель-электролит, наоборот, делает границу непроводящей. Измеренные коэффициенты самодиффузии лития совместно с квантово-химическим расчетом энергий связи сольватных комплексов катиона лития с поверхностью наночастиц SiO₂ указывают, что сольватация на границе нанокомпозит в 1 М LiN(CF₃SO₂)₂ в диоксолане / диметоксиэтане облегчена, а на границе с 1 М LiBF₄ в гамма-бутиролактоне затруднена.

Литература

Su C.-C., He M., Amine R., Rojas T., Cheng L., Ngo A.T., Amine K. Energy Environ. Sci. 2019. V. 12. P. 1249–1254. DOI: 10.1039/C9EE00141G.

Zhao C.-Z., Zhao B.-C., Yan C., Zhang X.-Q., Huang J.-Q., Mo Y., Xu X., Li H., Zhang Q. Energy Stor. Mater. 2020. V. 24. P. 75–84. DOI: 10.1016/j.ensm.2019.07.026.

Baymuratova G.R., Slesarenko A.A., Yudina A.V., Yarmolenko O.V. Russ. Chem. Bulletin, Int. Ed. 2018. V. 67. N 9. P. 1648. DOI: 10.1007/s11172-018-2272-7.

Baymuratova G.R., Khatmullina K.G., Yudina A.V., Yarmolenko O.V. Russ. J. Electrochem. 2022. V. 58. N 4. P. 329–340. DOI: 10.1134/S1023193522030041.

Chernyak A.V., Slesarenko N.A., Slesarenko A.A., Baymuratova G.R., Tulibaeva G.Z., Yudina A.V., Volkov V.I., Shestakov A.F., Yarmolenko O.V. Membranes. 2022. V. 12. 1111. DOI: 10.3390/membranes12111111.

Yudina A.V., Berezin M.P., Baymuratova G.R., Shuvalova N.I., Yarmolenko O.V. Russ. Chem. Bulletin, Int. Ed. 2017. V. 66. N. 7. P. 1278–1283. DOI: 10.1007/s1172-017-1885-6.

Yarmolenko O.V., Yudina A.V., Khatmullina K.G. Russ. J. Electrochem. 2018. V. 54. P. 325–343. DOI: 10.1134/S10231935 18040092.