Новые функциональные материалы, в том числе наноструктурированные, перспективные к применению в области электрохимических устройств сохранения и преобразования энергии

Отчет 61 с., 23 рис., 7 табл., 96 источн. ДИОКСИД ТИТАНА, TiO2(B), НАНОТРУБКИ, ДОПИРОВАНИЕ, ПРОВОДИМОСТЬ, ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ, ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ, ИОННАЯ ПОДВИЖНОСТЬ, ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС 19F. Разработан новый способ получения анодного материала для литий-ионных аккумуляторов на основе допированного марганцем и фтором диоксида титана бронзовой модификации, TiO2(B), с нанотрубчатой структурой. Установлено, что допирование марганцем вызывает искажение кристаллической решетки TiO2(B) (объем элементарной ячейки увеличивается на ~1,5 %) и уменьшает ширину запрещенной зоны (с 3,14 до 2,18 эВ). Показано, что это способствует улучшению транспорта носителей заряда при интеркаляции/деинтеркаляции лития, обеспечивая ускоренную диффузию ионов Li+ (почти в 2 раза), а также быстрый перенос электронов (проводимость после допирования увеличивается примерно в 40 раз). Допирование фтором способствует стабилизации бронзовой фазы, предотвращая ее трансформацию в анатаз. В качестве материала анода для литий-ионных аккумуляторов (Mn, F)-допированный TiO2(B) демонстрирует хорошие показатели цикличности (удельная емкость равна 231,5 мА∙ч/г после 100 циклов заряда/разряда при плотности тока 0,07 А/г) и устойчивости к высоким токовым нагрузкам (134 мА∙ч/г при 1,5 А/г). Методами ядерного магнитного резонанса 19F и электрохимической импедансной спектроскопии изучены ионная подвижность и электропроводность в композитах и соединениях эвтектического и близких составов, полученных различными способами в системе PbF2–SnF2. Рассмотрены этапы трансформации спектров ядерного магнитного резонанса 19F полученных образцов, их связь с видами ионных движений и возможные факторы, оказывающие влияние на величину ионной проводимости. Установлено, что в состав большинства композитов входит флюоритовая фаза, обладающая высокими значениями ионной подвижности и проводимости. В области, близкой к эвтектической был впервые получен однофазный образец со структурой флюорита. Величина удельной проводимости полученной фазы (5·10-3 См/см при 390 K) позволяет рассматривать последнюю в качестве основы для получения функциональных материалов.