Разработка перспективных органических катодных материалов для литиевых и натриевых источников тока

Основной недостаток существующих органических катодных материалов заключается в их низкой электропроводности, требующей использования большого количества (порядка 50% по массе) проводящих добавок (углерод), что снижает реальную катодную ёмкость аккумулятора до неконкурентных значений. Это, прежде всего, связано с несбалансированной микроструктурой композита (активный материал/ углеродный наполнитель). Как правило, органические катодные материалы (в особенности полимеры) – это твердые вещества, нерастворимые в каких бы то ни было растворителях. Поэтому крайне затруднительным является измельчение таких материалов до наноразмерных частиц, смешение с углеродным наполнителем и полимерным связующим, нанесение однородных композитных катодных пленок и контроль их морфологии. Поэтому для достижения приемлемых емкостей электроактивный материал необходимо «разбавить» сопоставимым по весу количеством углеродного наполнителя, который является неактивным балластом и снижает емкость катода фактически в два раза. Эта проблема частично может быть решена путём использования очень дорогих типов углеродных наполнителей с развитой поверхностью, таких как углеродные нанотрубки. Однако практическое значение такого подхода вызывает вопросы, т.к. подобные аккумуляторы вряд ли могут быть широко использованы на практике из-за своей высокой стоимости. В рамках данного проекта мы планируем решить обозначенную задачу путем использования растворимых полимерных (или низкомолекулярных) прекурсоров, которые можно контролируемым образом смешивать с минимальным количеством углеродного наполнителя и получать затем целевой нерастворимый электроактивный материал с оптимальной микроструктурой путём Заявка № 16-13-00111 Страница 4 из 75 термического отжига (~200-250 oC). Альтернативным подходом может быть приготовление смеси углеродного наполнителя с растворимым мономером с последующим инициированием твёрдофазной реакции полимеризации. Оба предлагаемых подхода отличаются равно высокой степенью новизны и актуальности для данной конкретной области исследований. Ожидается, что применение этих методов позволит создавать композитные катодные материалы с контролируемой микроструктурой, содержание неактивного углеродного наполнителя в которых будет снижено с ~50% до 20-25%.