Функциональные электродные материалы для натрий-ионного аккумулятора

Разработан и оптимизирован метод синтеза феррофосфата натрия и его нанокомпозитов с углеродом. Оптимальным методом синтеза является феррофосфата натрия (NaFePO₄) со структурой маричита (m-NFP) и его композита с углеродом (m-NFP@C) - золь-гель метод Печини с последующей механохимической обработкой в планетарной мельнице. При плотности тока 15 мА/г (~0,1 C) разрядная ёмкость составила ~150 мАч/г, со средним разрядным напряжением около 2,5 В. Проведена аттестация фазового состава, параметров кристаллической решетки, химического состава, морфологии и проводимости синтезированных нанокомпозитов. Установлено, что образцы m-NFP являлись однофазными, кристаллическая фаза соответствовала структуре маричита, пространственная группа - Pnma. По результатам масс-спектрометрического анализа с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) синтезированные образцы соответствовали формуле NaFePO₄. Метод осаждения из DMSO привёл к образованию вытянутых нанопластинок преимущественно 1 - 2 мкм в длину и 20 - 30 нм в толщину. Метод Печини привёл к образованию агломерированных частиц размерами 20 - 30 нм. Фосфат натрия-железа, полученный твердофазным методом, состоял из агломерированных частиц размерами 50 - 200 нм. Массовое содержание углерода в полученном композите NFP - DMSO@C составило 7,1%. Массовое содержание углерода в полученном композите NFP-PE@C составило 33,0%. Установлено, что помол приводит к увеличению степени дефектности m-NFP и уменьшению размера частиц. Разработан и оптимизирован метод синтеза фоновых солей для электролита -перхлората натрия и гексафторфосфата натрия, а также исследованы пределы устойчивости электролитов различного состава на основе синтезированных солей и органических растворителей. Выяснены пределы устойчивости электролитов различного состава на основе перхлората натрия и гексафторфосфата натрия и органических растворителей. Электрохимическая стабильность электролитов определялась возможностью протекания следующих процессов: окисление компонентов электролита при повышенных анодных потенциалах с образованием продуктов, не пассивирующих поверхность электрода; коррозия материала положительного электрода; восстановление компонентов электролита при потенциалах, близких к потенциалу системы Na+/Na; внедрение натрия в материал токоотвода отрицательного электрода. Были исследованы следующие электролиты: 1M NaPF₆ в смеси ЭК/ДМК/ПК; 1M NaPF₆ в смеси ЭК/ДМК/ДЭК; 1M NaClO₄ в смеси ЭК/ДМК/ПК; 1M LiPF₆ в смеси ЭК/ДМК/ДЭК; 1М NaPF₆ в смеси ЭК/ПК; 1М NaClO₄ в смеси ЭК/ПК. Все электролиты содержали растворители в эквиобъемном соотношении. Пределы электрохимической устойчивости электролитов были определенны с помощью метода циклической вольтамперометрии, в области потенциалов от 10 мВ до 5,5 В относительно натриевого электрода сравнения. Установлено, что при первой анодной поляризации в электролитах на поверхности алюминия образуется надёжная пассивная плёнка, препятствующая дальнейшему окислению и восстановлению электролита. Кроме того, в натрийсодержащих электролитах не наблюдается никаких катодных пиков, связанных с внедрением натрия в материал электрода. Циклические вольтамперограммы 1М NaClO₄ в смеси ЭК и ПК и 1М NaPF₆ в смеси ЭК и ПК показали, что более стабильным электролитом в анодной области потенциалов является электролит состава 1 М LiPF₆ в смеси ЭК- ПК (1:1), в то же время более стабильным электролитом в катодной области потенциалов является М LiClO₄ в смеси ЭК- ПК (1:1).Таким образом, было показано, что электролиты состава 1М 1М NaPF₆ в смеси ЭК- ПК (1:1) и 1 М NaClO₄ в смеси ЭК- ПК (1:1) электрохимически устойчивы в области потенциалов от 0,01 до 5,5 В относительно натриевого электрода сравнения и, следовательно, могут быть использованы для тестирования натрийсодержащих интеркаляционных материалов.