ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ КАТОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕ-ТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЕ СИСТЕМЫ, СОВМЕСТИМЫЕ С НИМИ

  • О. В. Ярмоленко Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
  • Г. Р. Баймуратова Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
  • Г. З. Тулибаева Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
  • А. В. Юдина Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
  • И. К. Якущенко Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
  • А. Ф. Шестаков Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2023674.10
Ключевые слова: органические электроды, жидкий электролит, LiPF6, этиленкарбонат, диметилкарбонат, тетраглим, разрядная емкость

Аннотация

Описаны новые перспективные органические электродные материалы на основе производных трихиноила для металлорганических аккумуляторов с высокими разрядными емкостями более 500 мАч/г. Разработаны новые электролиты совместимые с органическими электродами. Установлено, что неполная десольватация ионов лития при их взаимодействии с органическими электродными материалами является причиной снижения электрохимической емкости в электролитах на основе карбонатных растворителей. Механизм взаимодействия сольватированного катиона лития с органическими электродными материалами был изучен на примере полимерного продукта конденсации трихиноила с 1,2,4,5-тетрааминобензолом (PTTA). Для сравнения были выбраны сольватные оболочки катиона лития из этиленкарбоната/ диметилкарбоната (ЭК/ДМК) и тетраглима. Квантово-химическое моделирование взаимодействия сольватных комплексов катиона лития с молекулами растворителей сравнивалось с электрохимическими данными по изучению границ PTTA с жидкими электролитами: 1 М раствором LiPF6 в ЭК/ДМК (1:1) и 1 М раствором LiPF6 в тетраглиме. На основании теоретических и экспериментальных исследований показано, что процесс десольватации катионов лития в электролите на основе тетраглима позволяет получить емкость близкую к теоретической (до 546 мАч/г), в то время как для ЭК/ДМК электролита только 125 мАч/г. Данное снижение обусловлено тем, что катион лития присоединяется к функциональным группам органического материала с двумя молекулами диметилкарбоната, а также происходит адсорбция аниона PF6-. А в случае тетраглима процесс литирования - делитирования органического материала происходит без участия сольватной оболочки. Данный фундаментальный результат получен впервые и относится ко всем органическим электродным материалам, которые испытываются в карбонатных растворителях.

Литература

Игнатова А.А., Ярмоленко О.В. Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 08–09. C. 112–138. DOI: DOI:10.15518/isjaee.2015.08-09.014. Ignatova A.A., IArmolenko O.V. Alternativnaya Energetika i Ekologiya. 2015. N 08–09. P. 112–138 (in Russian).

Oubaha H., Gohy J., Melinte S. Chem. Plus. Chem. 2019. 84. P. 1179–1214. DOI: 10.1002/cplu.201800652.

Lu Y., Chen J. Nat. Rev. Chem. 2020. 4. P.127–142. DOI: 10.1038/s41570-020-0160-9.

Lee S., Kwon G., Ku K., Yoon K., Jung S.-K., Lim H.-D., Kang K. Adv. Mater. 2018. 30. 1704682. DOI: 10.1002/adma.201704682.

Ramezankhani V., Yakuschenko I.K., Vasilyev S., Savinykh T.A., Mumyatov A.V., Zhidkov I.S., Shchurik E.V., Kurmaev E.Z., Shestakov A.F., Troshin P.A. J. Mater. Chem. A. 2022. 10. P. 3044–3050. DOI: 10.1039/D1TA05815K.

Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Phys. Rev. Lett. 1996. 77. P. 3865–3868. DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865.

Laikov D.N. Chem. Phys. Lett. 1997. 281. P. 151–156. DOI: 10.1016/S0009-2614(97)01206-2.

Slesarenko A.A. Yakuschenko I. K., Ramezankhani V., Sivasankaran V., Romanyuk O.E., Mumyatov A.V., Shestakov A.F., Yarmolenko O.V., Stevenson K.J., Troshin P.A. J. Power Sources. 2019. V. 435. 226724. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.226724.

Baymuratova G.R., Khatmullina K.G., Yakuschenko I.K., Tulibaeva G.Z., Savinykh T.A., Troshin P.A., Shestakov A.F., Yarmolenko O.V. J. Electroanal. Chem. 2021. V. 889. 115234. DOI: 10.1016/j.jelechem.2021.115234.

Yarmolenko O.V., Baymuratova G.R., Khatmullina K.G., Tulibayeva G.Z., Yudina A.V., Savinykh T.A., Yakushchenko I.K., Troshin P.A., Shestakov A.F. Inorganics. 2022. V. 10. N 11. P. 176. DOI: 10.3390/inorganics10110176.

Баймуратова Г.Р., Хатмуллина К.Г., Тулибаева Г.З., Якущенко И.К., Ярмоленко О.В. Изв. АН. Сер. хим. 2022. № 10. С. 2108–2115. Baimuratova G.R., Khatmullina K.G., Tulibaeva G.Z., Iakushchenko I.K., Iarmolenko O.V. Russian Chemical Bulletin. 2022. N 10. С. 2108–2115 (in Russian).

Slesarenko A.A., Baymuratova G.R., Yakuschenko I.K., Tulibaeva G.Z., Vasil’ev S.G., Yudina A.V., Troshin P.A., Shestakov A.F., Yarmolenko O.V. Synth. Met. 2022. 289. 117113. DOI: 10.1016/j.synthmet.2022.117113.

Kapaev R.R., Zhidkov I.S., Kurmaev E.Z., Stevenson K.J., Troshin P.A. J. Mater. Chem. A. 2019. V. 7. N 39. P. 22596–22603. DOI: 10.1039/C9TA06430C.

Di Lecce D., Marangon V., Jung H.-G., Tominaga Y., Greenbaum S., Hassoun J. Green Chem. 2022. 24. P. 1021–1048. DOI: 10.1039/D1GC03996B.

Опубликован
2024-04-09
Как цитировать
Ярмоленко, О., Баймуратова, Г., Тулибаева, Г., Юдина, А., Якущенко, И., & Шестаков, А. (2024). ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ КАТОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕ-ТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЕ СИСТЕМЫ, СОВМЕСТИМЫЕ С НИМИ. Российский химический журнал, 67(4), 54-58. https://doi.org/10.6060/rcj.2023674.10
Выпуск
Том 67 № 4 (2023)
Раздел
Статьи