Залежність ємності SiO2/Al2O3-катодів літієвих джерел струму від енергетичного перерозподілу електронів, спричиненого умовами синтезу нанокомпозитів

Зарядова ємність катодів літієвих джерел струму (ЛДС) залежить від ступеня впровадження іонів в структурні канали, дефекти та інші особливості розвиненої поверхні нанорозмірних матеріалів. Оскільки взаємодія іонів літію з поверхневими іонами наночастинок безпосередньо залежить від енергетичного розподілу валентних електронів, особливо, в негативно-заряджених іонах, то важливим є виявлення впливу на ці характеристики методів синтезу нанорозмірних композитів. За результатами досліджень електронної структури компонент нанокомпозитів і їх сумішей виявлено істотну залежність зарядового стану іонів від складу та відмінності їх хімічних потенціалів. При цьому була встановлена нестабільність зарядової ємності при циклюванні літієвих джерел струму з катодами виготовленими на основі сумішей отриманих звичайним змішуванням. Аналіз дослідженої електронної структури цих сумішей виявив відсутність змін в енергетичному розподілі валентних електронів по відношенню до вихідних компонент і наявність в незв’язуючих смугах аніонів електронів, які легко захоплює іон літію та в атомарному стані утворює оксидні плівки.

Відмінність хімічних потенціалів компонентів сприяє виникненню міжатомної взаємодії між поверхневими атомами сусідніх наночастинок при певних умовах їх обробки, які б дозволяли суттєвий контакт між наночастинками і перекриття хвильових функції валентних електронів на їх поверхні. Трансмісійні електронно-мікроскопічні дослідження, з високою роздільною здатністю, сумішей після ударно-вібраційної обробки виявили об’єднання наночастинок, міжфазні границі яких близькі до міжатомних відстаней. Дослідження енергетичного розподілу валентних електронів кисню, кремнію і алюмінію ударно-оброблених композитів встановили виникнення Ор-зв’язків на міжфазних границях та збільшення заряду іонів кисню внаслідок переносу електронів від катіонів в додатково розщеплені Ор-стани.

Збільшення заряду кисню привело до зростання зарядової ємності катодів ЛДС на основі отриманих композитів. Збільшення заряду за рахунок заселення лише зв’язуючих станів привело до відсутності рекомбінації іонів літію при взаємодії з аніонами кисню, внаслідок чого зарядова ємність ЛДС зростала на 200 Агод/кг при кожному з наступних циклів, оскільки Li+ не утворює оксидних плівок на поверхнях наночастинок на відміну від рекомбінованого атомарного літію. Це підтвердила відсутність редокс піків на циклічних вольтамперограмах.

Дослідження нанокомпозитів отриманих пірогенним методом виявило відсутність закономірностей зростання заряду кисню від співвідношення компонент, внаслідок відсутності контролю в процесів синтезу.

Виявлений механізм інтер-, деінтеркаляційних процесів і їх залежність від електронної структури дозволяє цілеспрямовано вибирати нанорозмірні матеріали та методи отримання композитів для виготовлення катодів ЛДС з стабільними та високими електрохімічними властивостями.