Электрохимические свойства дефектной структуры ZnFe2O4 с кислородными вакансиями

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) широко применяются в настоящее время, поскольку они демонстрируют наиболее высокие величины удельной емкости и энергии, а также имеют длительный срок службы. Для улучшения свойств аккумулятора ведутся разработки новых типов электродных материалов с целью увеличения ёмкости и срока службы при сохранении рыночной стоимости. На данный момент в качестве анода для ЛИА используют графит, однако его ёмкость (372 мАч/г) относительно невелика и, кроме того, в ходе продолжительного циклирования наблюдается её заметное снижение. Таким образом, важной задачей является разработка новых типов анодных материалов, обладающих высокой гравиметрической ёмкостью, а также улучшенной стабильностью в ходе циклирования. Среди перспективных экологичных, недорогих материалов можно выделить феррит цинка ZnFe2O4 за счёт таких уникальных свойств, как химическая и термическая стабильность и пониженная токсичность цинка по сравнению с другими металлами. ZnFe2O4 относится к анодным материалам с так называемым гибридным механизмом, то есть после протекания основной конверсионной реакции протекает реакция между литием и цинком с образованием сплава. Таким образом, в ходе общего электрохимического процесса переносится до 9 электронов, что приводит к высокой теоретической ёмкости (до 1000 мАч/г). Анодный материал такой высокой ёмкости позволит существенно уменьшить массу конечного аккумулятора при сохранении его характеристик. Однако из-за ряда проблем ZnFe2O4, таких как быстрое падение ёмкости и низкая эффективность на высоких токах вследствие низкой проводимости, значительной агломерации и больших изменений объёма в ходе литирования/делитирования, электродные материалы на основе феррита не находят коммерческого применения. Проект направлен на решение проблемы неудовлетворительных эксплуатационных характеристик существующих анодных материалов на основе ZnFe2O4 для литий-ионных аккумуляторов. Предполагается, что проводимость кристаллической структуры ZnFe2O4 с кислородными вакансиями возрастёт, и можно предполагать, что электрохимическая производительность материала на основе такой структуры станет выше. Поэтому в рамках проекта планируется впервые установить влияние кислородных вакансий и иных дефектов в структуре ZnFe2O4 на электрохимические свойства (удельную ёмкость, мощность, стабильность в ходе заряд-разряда) в макетах ЛИА.