Влияние электронной структуры нанокомпозитных катодов SiO2/TiO2/Fe2O3/Al2O3, полученных ударно-вибрационной обработкой на зарядовые емкости литиевых источников тока

Для интенсивного развития научно-технического прогресса необходимо использование новых материалов с уникальными заданными свойствами, такими как высокая сорбционная способность, сверхпроводящие свойства, высокая способность к накоплению электрического заряда и др. Несмотря на интенсивное развитие электромашиностроения и увеличение количества портативной электроники возникает необходимость в использовании портативных источников энергии с высокими показателями зарядовой емкости и циклируемости. В настоящее время одними из наиболее перспективных является литиевые источники тока (ЛИТ). Поэтому с уверенностью можно сказать, что поиск новых электродных материалов, которые бы обеспечили вышеперечисленные особенности, является бесспорно актуальной задачей. Известно, что свойства материалов, в том числе и электрохимические свойства ЛИТ, зависят от электронной структуры материалов и типа межатомного взаимодействия атомов в кристаллических, аморфных или молекулярных структурах. Но другая структура образуется в процессе использования тех или иных методов синтеза или обработки. Поэтому для упрощения вышеуказанной задачи очень важно понимать, как меняется распределение валентных электронов, морфология и структура электродных материалов в процессе их приготовления и какая зависимость между этими параметрами и электрохимическими свойствами ЛИТ. Поэтому в данной работе установлено влияние ударно-вибрационной обработки смесей нанопорошков оксидов Al2O3, SiO2, TiO2 и Fe2O3 на их электронную структуру, структурно-морфологические особенности и заряду емкости ЛИТ с катодами на их основе и установлена зависимость между этими характеристиками.
Отличие химических потенциалов компонентов способствует возникновению межатомного взаимодействия между поверхностными атомами соседних наночастиц при высоких локальных давлениях и температурах в результате УВО. Это приводит к росту зарядового состояния кислорода. Если зарядовое состояние растет за счет заселения високоенргетичних не связанных состояний это приводит к повышению способности ионов лития в рекомбинации с приповерхностными атомами кислорода и образования оксидных групп. Эти оксидные группы на поверхности катодного материала ЛИТ препятствуют внедрению ионов лития в структурные каналы и пустоты, что приводит к отсутствию циклирования такого ЛДС. В то же время заселения электронов в низкоэнергетической области на Opπ-связывающие уровне приводит к уменьшению рекомбинационной способности и соответственно такой материал будет обладать циклическими свойствами.
Обнаруженный механизм интер, деинтеркаляцийних процессов и их зависимость от электронной структуры позволяет целенаправленно выбирать наноразмерные материалы и методы получения композитов для изготовления катодов ЛДС с стабильными и высокими электрохимическими свойствами. Из проведенных исследований установлено, что наиболее перспективными нанокопозитами для использования в качестве основы катодного материала является 0,2TiO2+0,8SiO2 и 0,2Al2O3+0,8SiO2 обладающих достаточно высокими удельными емкостями и мощностями.