Смешанные оксиды лития, марганца, кобальта и никеля широко используются в качестве катодных материалов в литиевых аккумуляторах. В одной из научных групп материал состава Li1.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2 был получен двумя различными методами. Средний размер частиц, определенный по данным растровой электронной микроскопии, составил 300-400 нм для материала, полученного золь-гель методом (в дальнейшем материал А), и 1-2 микрона для материала, полученного с использованием соосаждения гидроксидов (материал Б). Рентгенограммы образцов обоих материалов практически идентичны. Электрохимическое исследование полученных материалов проводили методом гальваностатического циклирования в интервале потенциалов 2.5-4.3 В при различных плотностях тока в ячейке, состоящей из катода (80% активного материала, 10% сажи и 10% поливинилиденфторида), анода из металлического лития и 1М раствора LiPF6 в смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната (объемное соотношение 1:1) в качестве электролита. При токе разряда 8С* начальная емкость катода на основе материала А составила 133 мАч/г, а материала Б -124 мАч/г. Однако после 50 циклов заряда-разряда материал А показал емкость, равную 76% от начальной, а материал Б – 91%.
- Рассчитайте теоретическую емкость С для Li1.05Ni1/3Co1/3Mn1/3O2. (1 балл)
- Объясните, почему начальная емкость для материала А больше, чем для материала Б. Как будет изменяться разность начальных емкостей при уменьшении тока разряда? (2 балла)
- С чем связано падение емкости литиевых аккумуляторов вышеуказанной конфигурации при увеличении числа циклов? (2 балла)
- Почему при увеличении количества циклов для материала Б емкость падает медленнее, чем для материала А? Какими экспериментальными методами можно подтвердить Ваши предположения? (2 балла)
- С учетом приведенных электрохимических данных укажите возможные области использования аккумуляторов на основе материала А и материала Б. (1 балл)
…И все – таки, чем могут быть полезны и почему вредны наноматериалы в химических источниках тока; ответ обоснуйте? (2 балла)
Условия задачи можно скачать в виде файла.
___________________________________________________________________
*ток разряда обычно обозначается как С/n, где С – это теоретическая удельная емкость материала, n- количество часов, за которое происходит разряд до теоретической емкости.
