Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1.СЭМ-фотографии шпинельных нанотрубок.
Рисунок 2. Локальная электронная дифракция шпинельных нанотрубок.
Рисунок 3.Циклическая вольтаммограмма ячейки, где в качестве материала катода выступают шпинельные нанотрубки.
Рисунок 4. На графике представлена зависимость удельной разрядной емкости от номера цикла зарядка / разрядка при различных токах зарядки.

Шпинельные нанотрубки

Ключевые слова:  литиевая батарея, нанотрубки, шпинель

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

16 ноября 2010

Разработка перспективных катодных материалов для литий-ионных батарей остается одним из наиболее динамично развивающихся направлений современного материаловедения. Шпинель LiMn2O4 является весьма перспективным катодным материалом для литиевых батарей благодаря доступности и низкой стоимости. Однако создание катодных материалов на основе шпинели сопряжено с целым рядом трудностей. Во-первых, в присутствии кислотных примесей при высоком потенциале марганец (III) диспропорционирует на марганец (II) и марганец (IV) с образованием кислородных вакансий и, во-вторых, при глубокой разрядке имеет место фазовый переход из кубической сингонии в тетрагональную. Кроме того, ионы лития в объемном материале демонстрируют довольно посредственную кинетику (подвижность), что сказывается на процессе интеркаляции / деинтеркаляции по сравнению с наноструктурированными материалами, поэтому в последнее время были получены различные шпинелевые наноструктуры – нанонити, наностержни, мезопористые материалы и различные трехмерные структуры. Однако одномерные структуры, в частности, шпинелевые нанотрубки, являются наиболее привлекательной кандидатурой по причине легкодоступности внутренней и внешней поверхностей, а также открытых торцов нанотрубки для электролита, а большой внутренний объем нанотрубки позволяет нивелировать изменение объема катода в процессе интеркаляции/деинтеркаляции. В то же время, получение монокристаллических шпинелевых нанотрубок является довольно непростой синтетической задачей из-за кажущегося несовместимости между кубической сингонией шпинели и формой нанотрубки. Поэтому предложенный китайскими учеными метод для использования в качестве катода в литий-ионных батареях шпинелевых нанотрубок (LMO-NT), основанный на отжиге нанотрубок β-MnO2с гидроксидом лития, представляется весьма любопытным (рис.1).

Для образования шпинельных нанотрубок необходимо как минимум 5 часов при температуре 7000С. Увеличение продолжительности нагревания до 10 часов повышает кристалличность образца, о чем с уверенностью можно судить по ярким дифракционным пятнам (рис.2). Электрохимические свойства полученного катодного материала свидетельствует о двухступенчатом механизме интеркаляции / деинтеркаляции (рис.3). Сначала ионы лития заполняют лишь половину тетраэдрических пустот при потенциале 3.94 В, а при потенциале 4.08 В заполняются другие пустоты.

Авторы статьи сравнили циклы зарядки / разрядки для LMO-NT и для объемных образцов шпинели, на основании которых установили, что с ростом тока зарядки удельная емкость в случае LMO-NT падает меньше существенно по сравнению с объемным материалом. Проведя 100 циклов зарядки/разрядки при скорости зарядки 3 С и 5 С, было установлено, что потеря емкости составила 6% и 20% соответственно, что существенно ниже, чем для ячеек, где в качестве катодного материала используется объемная шпинель. И даже после 1500 циклов при сравнительно высокой скорости 5 С потеря емкости составило всего 30%, что является очень приличным результатом, делая этот материал перспективным для коммерческого использования.


Источник: Advanced Functional Materials



Комментарии
Пастух Евфграфович, 17 ноября 2010 09:40 
Бирмачам и бирмачихам из Республики Союз Мьянмы работа будет...
Владимир Владимирович, 19 ноября 2010 09:11 
Очень хорошая заметка, только, увы, осталась без обсуждения на учебно-научном портале несмотря на то, что ФНМ вроде как занимается литий-ионными батареями.
Заметка интересная.
Роснано вроде как строит завод в Новосибирске для каких-то литиевых батарей, и тоже тихо, без обсуждения... имеет ли к этому отношение ФНМ - неизвестно.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Алмаз в горной породе
Алмаз в горной породе

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.