Синтез та фізико-хемічні властивости катодних матеріялів літієвих джерел струму на основі складних ферумвмісних оксидів

Abstract

У роботі здійснене комплексне дослідження фізико-хемічних характеристик катодних матеріялів літієвих джерел струму на основі складних ферумвмісних оксидів. Вперше реалізовано системи експериментальних джерел струму з катодами на основі ферумвмісних шпінелей, модифікованих ізо- та гетеровалентними йонами. Показано, що високі інтеркаляційні Li+ параметри шпінелевмісних катодів ЛДС забезпечуються за рахунок існування у катоді просторово розділених об’ємів із різними типами провідности (йонної та електронної), формування яких забезпечується утворенням твердоколоїдної системи із досконалих зерен шпінельної матриці, що існує у розвиненій сітці меж зерен, утворень інших фаз та мезоструктурних внутрізеренних формувань, отриманих внаслідок заміщень і синтезної термообробки. Квазірівноваґовими умовами синтезу забезпечується контакт об’ємів з високим значенням йонної провідности, а, отже, і електростимульована дифузія Li+ у всьому об’ємі зерна. Експериментально обґрунтовано кінетичну модель електрохемічної інтеркаляції літію у катодні системи. Встановлено, що блокування інтеркаляції літієм об’єму зерна шпінельної фази зумовлено невисокими значеннями коефіцієнта дифузії та його спадною залежністю від катод-анодної різниці потенціялів, а також пріоритетною перевагою першочергового заповнення літієм тетраедрично скоординованих гостьових позицій шпінелі і наступною фазовою трансформацією поверхневих ділянок інтеркаляту. Доведено існування мезоскопічної структури в шпінельній фазі алюміній-заміщеного літій- залізного фериту, що проявляється в наявности в межах одного зерна просторово розділених об’ємів існування фериту, збагаченого або збідненого Ферумом і первнем заміщення. Вперше показано, що формування йонно- та електронно-транспортної системи можливе в єдиному циклі керамічного синтезу матеріялу. Визначено експлуатаційні параметри лабораторних зразків ЛДС на синтезованих катодах.