Материалы из однослойных углеродных нанотрубок с фосфором для анодов литий-ионных аккумуляторов

Расширение областей применения ЛИА требует дальнейшего увеличения их емкостных и мощностных характеристик, что стимулирует разработку новых анодных материалов. В работе предлагается внедрение фосфора во внутреннее пространство однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), что позволяет использовать преимущества отдельных компонент, нивелируя недостатки. В рамках работы впервые проведено методологическое исследование влияния различных параметров на заполнение фосфором ОУНТ (TuballTM, OCSiAl). Использование аморфного красного фосфора, Н-образной ампулы и температуры синтеза 800 °С позволяет получить фосфор-заполненные ОУНТ, содержащие ~9 ат% фосфора. Впервые продемонстрирован перенос электронной плотности с нанотрубок на инкапсулированные цепочки фосфора. Предложено две методики предварительной модификации ОУНТ, позволяющие получать более дисперсные ОУНТ и как следствие увеличивать содержание фосфора. Наилучшие значения удельной емкости в ЛИА достигнутые в настоящей работе составили ~950 мАч/г при плотности тока 0,1 А/г. Результаты и подходы, изложенные в работе, могут быть масштабированы и использованы для дизайна новых материалов не только в качестве анодов ЛИА, но и для других приложений. Синтезы материалов, обработка данных полученных различными физико-химическими методами и исследование электрохимических свойств выполнены непосредственно диссертантом. Работа была выполнена в ФГБУН Институте неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН под руководством д.ф.-м.н., профессора Окотруба А.В. Официальными оппонентами выступили д.х.н., доцент Кулова Т.Л. (ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, г. Москва) и к.х.н. Красников Д.В. (АНОО ВО «Сколковский институт науки и технологий», г. Москва). Ведущая организация ФГБУН «Федеральный исследовательский центр «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН», г. Новосибирск. Основные результаты работы отражены в 5 статьях и входят в перечень индексируемых в Web of Science и Scopus: 1. Impellizzeri A., Vorfolomeeva A.A., Surovtsev N.V., Okotrub A.V., Ewels C.P., Rybovskiiy D. // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2021. – Vol. 23. – №. 111. – P. 16611-16622. 2. Rybkovskiy D.V., Koroteev V.O., Impellizzeri, A. Vorfolomeeva A.A., Gerasimov E.Yu., Okotrub A.V., Chuvilin A.L., Bulusheva L.G., Ewels C.P. // ACS Nano – 2022. – Vol. 16. – №. 4. – P. 6002-6012. 3. Vorfolomeeva A.A., Pushkarevsky N.A., Koroteev V.O., Surovtsev N.V., Chuvilin A.L., Shlyakhova E.V., Plyusnin P.E., Makarova A.A., Okotrub A.V., Bulusheva L.G. // Inorg. Chem. – 2022. – Vol. 61. – №. 25. – P. 9605–9614. 4. Vorfolomeeva A.A., Stolyarova S.G., Asanov I.P., Shlyakhova E.V., Plyusnin P.E., Maksimovskiy E.A., Gerasimov E.Yu., Chuvilin A.L., Okotrub A.V., Bulusheva L.G. // Nanomaterials – 2023. – Vol. 13. – №. 1. – 153. 5. Vorfolomeeva A.A., Fedoseeva Yu.V., Shlyakhova E.V., Kovalenko K.A., Makarova A.A., Gerasimov E.Yu., Okotrub A.V., Bulusheva L.G. // J. Mater. Chem. A– 2025. – Vol. 13. – P. 4634-4649.