Синтез и функциональные свойства неграфитизируемого углерода и углеродных композитов на его основе для металл-ионных аккумуляторов

22 Apr 2021, 14:55
10m
1222 (Lomonosov st. 9)

1222

Lomonosov st. 9

oral Clean Technologies Clean Technologies

Speaker

Mr Grigorii Lakienko (Department of Material Science, Lomonosov Moscow State University, 119991, Moscow, Russian Federation)

Description

Потребность в создании дешёвых и экологичных способов хранения энергии растет с каждым годом. Для этого повсеместно используются металл-ионные аккумуляторы (МИА). Ключевая проблема при коммерциализации технологии для получения металл-ионных аккумуляторов состоит в поиске электродных материалов с удовлетворительными электрохимическими характеристиками. В связи с этим растет интерес к новым материалам для металл-ионных аккумуляторов. Одними из таких материалов являются углеродные материалы которые повсеместно используются как аноды для МИА.
Для анодов МИА используют материалы на основе “твердого” углерода (hard carbon), в структуре которого присутствуют разупорядоченные графеноподобные слои. Такой углерод демонстрирует высокие емкости до 450 мАч/г в литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторах. «Твердый» углерод как правило, имеет большую удельную площадь поверхности, на которой при первом цикле зарядки аккумулятора происходит образование пассивирующего слоя (Solid Electrolyte Interphase – SEI), что приводит к уменьшению кулоновской эффективности на первом цикле [1]. Для снижения необратимых потерь емкости в ходе циклирования аккумулятора, необходимо снизить удельную поверхность, доступную для разложения электролита. Одним из путей решения этой проблемы является получение композита на основе «твёрдого» углерода и так называемого «мягкого» графитизируемого углерода [2].
Для получения частиц “твердого” углерода малого размера проводилась карбонизация D-глюкозы в гидротермальном реакторе с последующим отжигом в печи в инертной атмосфере. Первая часть работы посвящена оптимизации условий синтеза «жесткого» углерода гидротермальным способом при варьировании нескольких параметров синтеза, таких как температура, начальная концентрация, время синтеза. Полученные материалы были исследованы методом растровой электронной микроскопии и электрохимическими методами анализа. Материалы показали разрядную емкость до 270 мАч/г при скорости циклирования C/10 и кулоновскую эффективность на первом цикле до 80% (рис 1, 2, 3) в сборке с натрием.
Также была проверена возможность создания композита с полиакрилонитрилом и поливинилпиридином. Материал после гидротермального синтеза смешали с растворами полимеров и провели отжиг в атмосфере аргона. Полученные углерод-углеродные композиты продемонстрировали характеристики, сопоставимые с углеродным материалом без покрытия.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда проект № 19-73-10078

[1] Saurel D. et al. From Charge Storage Mechanism to Performance: A Roadmap toward High Specific Energy Sodium‐Ion Batteries through Carbon Anode Optimization //Advanced Energy Materials. – 2018. – Т. 8. – №. 17. – С. 1703268.
[2] Xie F. et al. Hard–soft carbon composite anodes with synergistic sodium storage performance //Advanced Functional Materials. – 2019. – Т. 29. – №. 24. – С. 1901072.

Publication International journal «Resource-Efficient Technologies»
Affiliation of speaker Department of Material Science, Lomonosov Moscow State University, 119991, Moscow, Russian Federation

Primary author

Mr Grigorii Lakienko (Department of Material Science, Lomonosov Moscow State University, 119991, Moscow, Russian Federation)

Co-authors

Ms Zoia Bobyleva (Department of Material Science, Lomonosov Moscow State University, 119991, Moscow, Russian Federation) Mr Oleg Drozhzhin (Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University, 119991, Moscow, Russian Federation, Skoltech Center for Energy Science and Technology, Skolkovo Institute of Science and Technology, Nobel str.3, 143026, Moscow, Russian Federation)

Presentation Materials