DOI: 10.15330/pcss.16.3.569-575

І.Ф. Миронюк, В.І. Мандзюк, В.М. Сачко

Струмоутворюючі процеси в літієвих джерелах струму з композиційним катодом SiO₂ – C

ДВНЗ “Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника”, вул. Шевченка, 57, Івано-Франківськ, 76018, Україна, mandzyuk_vova@ukr.net

У роботі, використовуючи методи гальваностатичного циклювання, циклічної вольтамперометрії та імпедансної спектроскопії, досліджений процес струмоутворення в літієвому джерелі струму (ЛДС) з композиційним катодом SiO₂ –22% C. Встановлено, що при розрядженні джерела в режимі С/20 його питома ємність становить 1757 мА•год/г. У циклах розрядження/зарядження ЛДС відбувається різкий спад питомої ємності (необоротна ємність після першого циклу перевищує 95 %) внаслідок утворення поверхневого твердотільного шару складу (ПТШ) складу LiF та сполуки Li_хSiO₂, в якій літій при зарядженні джерела не окислюється до йонного стану. З’ясовано, що впровадження в катодний матеріал йонів літію до значення х = 1,8 зумовлює зменшення їх коефіцієнта дифузії на 4 порядки (DLi = 2,2•10 -14 ÷ 2,1•10 -18 см2/с).
Ключові слова: композит SiO₂ – C, літієве джерело струму, питома ємність, коефіцієнт дифузії.

 Література

[1] J.-M. Tarascon, M. Armand, Nature 414(6861), 359 (2001).
[2] R. A. Sharma, R. N. Seefurth, J. Electrochem. Soc. 123(12), 1763 (1976).
[3] B. A. Boukamp, G. C. Lesh, R. A. Huggins, J. Electrochem. Soc. 128(4), 725 (1981).
[4] C. van der Marel, G. J. B. Vinke, W. van der Lugt, Solid State Commun. 54(11), 917 (1985).
[5] L. Y. Beaulieua, K. W. Ebermanb, R. L. Turnerb, L. J. Krauseb, J. R. Dahn, Electrochem. Solid State Lett. 4 (9), A137 (2001).
[6] H. Li, X. Huang, L. Chen, G. Zhou, Z. Zhang, D. Yu, Y. J. Mo, N. Pei, Solid State Ionics. 135 (1-4), 181 (2000).
[7] J. H. Ryu, J. W. Kim, Y.-E. Sung, S. M. Oh, Electrochem. Solid-State Lett. 7 (10), A306 (2004).
[8] W.-R. Liu, Z.-Z. Guo, W.-S. Young, D.-Z. Shein, H.-C. Wu, M.-H. Yang, N.-L. Wu, J. Power Sources. 140 (1), 139 (2005).
[9] M.-H. Park, M. G. Kim, J. Choo, K. Kim, J. Kim, S. Ahn, Y. Cui, J. Cho, Nano Lett. 9 (11), 3844 (2009).
[10] T. Song, J. Xia, J.-H. Lee, D. H. Lee, M.-S. Kwon, J.-M. Choi, J. Wu, S. K. Doo, H. Chang, W. I. Park, D. S. Zang, H. Kim, Y. Huang, K.-C. Hwang, J. A. Rogers, U. Park, Nano Lett. 10 (5), 1710 (2010).
[11] H. Kim, J. Cho, Nano Lett. 8 (11), 3688 (2008).
[12] L.-F. Cui, R. Ruffo, C. K. Chan, H. Peng, Y. Cui, Nano Lett. 9 (1), 491 (2009).
[13] F. Tuinstra, J. L. Koenig, J. Chem. Phys. 53, 1126 (1970).
[14] H. Kim, B. Han, J. Choo, J. Cho, Angew. Chem. Int. Ed. 47 (52), 10151 (2008).
[15] В. І. Мандзюк, В. М. Сачко, І. Ф. Миронюк, Фізика і хімія твердого тіла. 15 (1), 130 (2014).
[16] J. Yang Y. Takeda, N. Imanishi, C. Capiglia, J. Y. Xie, O. Yamamoto, Solid State Ionics. 152-153, 125 (2002).
[17] T. Tabuchi, H. Yasuda, M. Yamachi, J. Power Sources. 146 (1-2), 507 (2005).
[18] T. Zhang, J. Gao, H. P. Zhang, L. C. Yang, Y. P. Wu, H. Q. Wu, Electrochem. Commun. 9 (5), 886 (2007).
[19] M. Miyachi, H. Yamamoto, H. Kawai, J. Electrochem. Soc. 154 (4), A376 (2007).
[20] J.-H. Kim, H.-J. Sohn, H. Kim, G. Jeong, W. Choi, J. Power Sources. 170 (2), 456 (2007).
[21] C. H. Doh, C. W. Park, H. M. Shin, D. H. Kim, Y. D. Chung, S. I. Moon, B. S. Jin, H. S. Kim, A. Veluchamy, J. Power Sources. 179 (1), 367 (2008).
[22] Yu. R. Ren, M. Z. Qu, Z. L. Yu, Sci. China Ser. B – Chem. 52 (12), 2047 (2009).
[23] C. Guo, D. Wang, Q. Wang, B. Wang, T. Liu, Int. J. Electrochem. Sci. 7 (9), 8745 (2012).
[24] І. Ф. Миронюк, В. В. Лобанов, Б. К. Остафійчук, В. І. Мандзюк, І. І. Григорчак, Л. С. Яблонь, Фізика і хімія твердого тіла. 2 (4), 653 (2001).
[25] Б. К. Остафійчук, І. Ф. Миронюк, В. О. Коцюбинський, В. І. Мандзюк, Ю. В. Гавенчук, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 4 (3), 585 (2006).
[26] І. Ф. Миронюк, В. М. Огенко, Б. К. Остафійчук, В. І. Мандзюк, І. І. Григорчак, Фізика і хімія твердого тіла. 2 (4), 661 (2001).
[27] В. І. Мандзюк, І. Ф. Миронюк, В. А. Тьортих, І. С. Березовська, В. В. Янишпольський, Фізика і хімія твердого тіла. 5 (2), 679 (2010).
[28] В. І. Мандзюк, І. Ф. Миронюк, Б. К. Остафійчук, І. І. Григорчак, Фізика і хімія твердого тіла. 5 (4), 767 (2004).
[29] І. Ф. Миронюк, Б. К. Остафійчук, В. І. Мандзюк, Б. П. Бахматюк, І. І. Григорчак, Р. Й. Ріпецький, Фізика і хімія твердого тіла. 6 (2), 212 (2005).
[30] В. В. Букатюк, В. И. Мандзюк, И. Ф. Миронюк, III Всероссийская молодёжная конференция с элементами научной школы “Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества” (ИМЕТ РАН РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 2012), с. 95.
[31] V. V. Gumenyak, I. F. Myronyuk, V. I. Mandzyuk, ХІV міжнародна конференція “Фізика і технологія тонких плівок та наносистем” (Видавництво Прикарпатського національного університету ім. Василя Стефаника, Івано-Франківськ, 2013), с. 217.
[32] M. Noel, V. Suryanarayanan, J. Power Sources. 111, 193 (2002).
[33] C.-H. Doh, A. Veluchamy, D.-J. Lee, J.-H. Lee, B.-S. Jin, S.-I. Moon, C.-W. Park, D.-W. Kim, Bull. Korean Chem. Soc. 31 (5), 1257 (2010).
[34] З.Б. Стойнов, Б.М. Графов, Б. Савова-Стойнова, В.В. Елкин. Электрохимический импеданс. – М.: Наука, 1991. – 336 с.
[35] P. Liu, H. Wu, Solid State Ionics. 92, 91 (1996).
[36] T. Pajkossy, L. Nyikos, Electrochim. Acta. 34, 171 (1989).
[37] E. Barsoukov, J.R. Macdonald. Impedance spectroscopy. Theory, experiment, and applications. – Wiley-Interscience: New Jersey, 2005. – 606 p.
[38] T. Uchida, Y. Morikawa, H. Ikuta, M. Wakihara, K. Suzuki, J. Electrochem. Soc. 143 (8), 2606 (1996).
[39] N. Takami, A. Satoh, M. Hara, T. Ohsaki, J. Electrochem. Soc. 142 (2), 371 (1995).
[40] A. Funabiki, M. Inaba, Z. Ogumi, J. Power Sources. 68 (2), 227 (1997).
[41] N. Ding, J. Xu, Y. X. Yao, G. Wegner, X. Fang, C. H. Chen, I. Lieberwirth, Solid State Ionics. 180 (2–3), 222 (2009).
[42] R. Ruffo, S. S. Hong, C. K. Chan, R. A. Huggins, Y. Cui, J. Phys. Chem. C. 113 (26), 11390 (2009).
[43] J. Xie, N. Imanishi, T. Zhang, A. Hirano, Y. Takeda, O. Yamamoto, Mate. Chem. Phys. 120 (2–3), 421 (2010).