Физико-химические основы синтеза функциональных материалов на базе литированных оксидов металлов, карбидов высокоэнтропийных сплавов и стеклообразующих систем халькогенидов и галогенидов металлов (Этап 1)

Объектом исследования являются литийсодержащие слоистые оксиды переходных металлов, используемые в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, и стеклообразующие системы халькогенидов и галогенидов металлов. Цель работы: 1) установление физико-химических основ синтеза порошковых и тонкопленочных электродных материалов для литий-ионных аккумуляторов, исследование физико-химических закономерностей электрохимических процессов переноса заряда, в том числе и при высоких скоростях заряд-разряда; 2) установление физических и химических механизмов, приводящих к структурным изменениям в халькогенидных и галогенидных стеклообразующих системах, и физически-обоснованное прогнозирование стабильности свойств при их эксплуатации в условиях изменения температур, давления, влажности, воздействия электромагнитного излучения. В процессе работ проводился синтез катодных материалов методами распылительной сушки и золь-гель методом, исследование гранулометрического состава, структуры материала с помощью рентгенофазового анализа, электрохимических характеристик (импеданс спектроскопия, ресурсные испытания) и нанесение покрытий с помощью метода атомно-слоевого осаждения. Для халькогенидных и галогенсодержащих халькогенидных стеклообразующих систем выполнен синтез материалов, проведен термодинамический расчет фазового состояния и структурные исследования методами Рамановской спектроскопии, исследован характер кристаллизации методами оптической микроскопии и рентгеноструктурного анализа. В результате исследования были установлены параметры синтеза порошков катодных материалов, исследованы структурные изменения непосредственно в процессе работы материала катода литий-ионного аккумулятора (ЛИА), определено влияние легирующих компонентов на электрохимические характеристики, нанесены функциональные покрытия для улучшения ресурса электродов ЛИА. Катодные материалы с нанесенными тонкими пленками обладают повышенным ресурсом, по сравнению с образцами без покрытий. Легирование элементами с большим атомным номером улучшает стабильность структуры и ресурс аккумулятора. На основании проведенного исследования стекол системы (As33-S33-I33)х-Se1-х, где х = 1,99; 5,95; 10,9; 20,8; 40,6; 60,4 и 80,2 мол. %. показано влияние состава стекла на его растворимость в воде. На основании термодинамических расчетов определен температурный режим получения стекол, обеспечивающий образование структурных группировок As2S3. Предложена двумерная схематическая диаграмма ближней структуры стекол системы As-S-Se-I. На основе проведенного исследования предложены возможные механизмы, объясняющие температурную зависимость кристаллизации состава As0.01Se0.70S0.29. Практическая значимость полученного результата заключается в режимы выработки стекла при синтезе, а именно, требуется обеспечить максимальную скорость охлаждения в области температур 120° C, которая вносит большой вклад в формирование зародышей кристаллической фазы в объеме стекла.