Струмоутворення у літієвих джерелах з катодом на основі гідратованого діоксиду титану

Abstract

Досліджено процеси струмоутворення літієвих джерел електричної енергії з катодом на основі наночастинок діоксиду титану різної кристалічної модифікації (анатаз або рутил), а також його гідратованих форм у вигляді метатитанової або ортотитанової кислоти. Показано, що експериментальні ґальванічні елементи при розряді до напруги 1,5 В у ґальвано- статичних умовах струмом густиною С/250 проявляють аномальну енерґетичну спроможність не тільки за рахунок інтеркаляційних процесів вкорінення йонів літію у структуру наноматеріялу, але й в результаті формування на поверхні катоду літійвмісних фаз з продуктів взаємодії йонів літію з води. Виявлено, що електрохемічній чарунці на основі гальванічної пари літій | 1М розчин LiBF4 в γ - бутиролактоні | нанорозмірний анатаз, основну енергетичної спроможности катоду літієвого джерела струму забезпечує електрохемічне формування гідроксиду та оксиду літію від взаємодії дисоційованої води з Li+, яка вивільнилась із структури ТіО2 під час вкорінення йонів літію у структуру анатазу. У випадку застосування наночастинок рутилу стрижневидної морфології в якости основи катодної композиції гальванічного елементу процеси струмоутворення відбуваються аналогічно, як і для анатазу, але додатково йде ще й синтез карбонату літію, який розкладається під дією фтористоводневої кислоти НF до LiF та Н2СО3. Більш складний стадійний характер зміни величини коефіцієнта дифузії Li+, як показника механізму струмоутворюючої реакції у літієвому джерелі струму, фіксується для гідратованих форм діоксиду титану, що пов’язаний не лише з електрохемічними процесами інтеркаляції йонів літію у структуру наноматеріялу, але й з йонним обміном у випадку Н2Ті03 • 0,3Н2О та електростатичною адсорбцією для Н4Ті04 • 0,4Н2О. Найвище значення енергетичної спроможности літієвого джерела електричної енергії з катодом на основі наноаморфної метатитанової кислоти з шаруватою структурою забезпечене наступними стадіями електрохемічних процесів струмоутворення: адсорбцією йонів літію на поверхні Н2ТіО3 ; формуванням твердотільного пасиваційного покриття з Li2CO3 , LiOH та LiF; йонним обміном Li+ з протонами метатитанової кислоти; регенерацією солі електроліту надлишковою кількістю йонів водню і коагуляцією електрохемічно утвореного гідроксиду літію до оксиду літію.