Вплив електронної структури нанокомпозитних катодів SiO2/TiO2/Fe2O3/Al2O3, отриманих ударно-вібраційною обробкою на зарядові ємності літієвих джерел струму

Для інтенсивного розвитку науково-технічного прогресу необхідно використання нових матеріалів з унікальними наперед заданими властивостями, такими як висока сорбційна здатність, надпровідні властивості, висока здатність до накопичення електричного заряду та ін. Зважаючи на інтенсивний розвиток електромашинобудування та збільшення кількості портативної електроніки виникає необхідність у використанні портативних джерел енергії з високими показниками зарядової ємності та цикльованості. В даний час одними з найбільш перспективних є літієві джерела струму (ЛДС). Тому з упевненістю можна сказати, що пошук нових електродних матеріалів, які б забезпечили вищеперераховані особливості, є безперечно актуальною задачею. Відомо, що властивості матеріалів, в тому числі і електрохімічні властивості ЛДС, залежать від електронної структури матеріалів та типу міжатомної взаємодії атомів в кристалічних, аморфних чи молекулярних структурах. Та чи інша структура утворюється в процесі використання тих чи інших методів синтезу або обробки. Тому для спрощення вищевказаної задачі дуже важливо розуміти, як змінюється розподіл валентних електронів, морфологія та структура електродних матеріалів в процесі їх приготування та яка залежність між цими параметрами та електрохімічними властивостями ЛДС. Тому в даній роботі встановлено вплив ударно-вібраційної обробки сумішей нанопорошків оксидів Al2O3, SiO2, TiO2 та Fe2O3 на їх електронну структуру, структурно-морфологічні особливості та зарядові ємності ЛДС з катодами на їх основі та встановлена залежність між цими характеристиками.

Відмінність хімічних потенціалів компонентів сприяє виникненню міжатомної взаємодії між поверхневими атомами сусідніх наночастинок при високих локальних тисках та температурах в результаті УВО. Це приводить до зростання зарядового стану кисню. Якщо зарядовий стан зростає за рахунок заселення високоенргетичних не зв’язаних станів це призводить до підвищення здатності іонів літію до рекомбінації із приповерхневими атомами кисню і утворення оксидних груп. Ці оксидні групи на поверхні катодного матеріалу ЛДС перешкоджають впровадження іонів літію в структурні канали та пустоти, що призводить до відсутності циклювання такого ЛДС. В той же час заселення електрові в низькоенергетичній області на Opπ-зв’язуючі рівні приводить до зменшення рекомбінаційної здатності і відповідно такий матеріал буде володіти циклічними властивостями.

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. З проведених досліджень встановлено, що найбільш перспективними нанокопозитами для використання, як основи катодного матеріалу є 0,2TiO2+0,8SiO2 та 0,2 Al2O3+0,8SiO2 які володіють досить високими питомими ємностями та потужностями.