CC BY
7SoVbTv™ НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Стехиометричный фторидофосфат KVPO4F и
углеродный композит на его основе как материал для обратимой де/интеркаляции ионов щелочных металлов
Самарин А.Ш.
Сколковский институт науки и технологий, Москва Е-mail: aleksandr. samarin@skoltech ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-80-82
Одним из ключевых элементов, определяющих ёмкость аккумулятора, является материал положительного электрода (катода). На сегодняшний день известно множество соединений, которые были исследованы в качестве катода в металл-ионных аккумуляторах. В частности, отдельный интерес представляют соединения, содержащие фосфатную группу, в том числе оксо- и фторидофосфаты.
Соединения, принадлежащие к структурному типу калий-титанил фосфата (KTiOPO4, КТФ), являются перспективными материалами для применения в так называемых «пост-литиевых» системах, например, в калий-ионных [1, 2]. Среди них достаточно хорошо изучены два близких состава: KVPO4F и KVOPO4, которые в свою очередь могут образовывать ряд непрерывных твёрдых растворов. Соотношение V:O оказывает прямое влияние на одну из важнейших характеристик — рабочий потенциал [3]. Направленный синтез стехиометричного состава и композита на основе KVPO4F с последующим изучением его свойств являются целью данной работы.
Серия композитов KVPO^/С с различным содержанием углерода была синтезирована в две стадии с привлечением метода сублимационной сушки. По данным рентгеновской дифракции полученные образцы являются однофазными (a = 12.8302(7) А, b = 6.4027(3) А, c = 10.6175(4) А, V = 872.21(7) А3, GOF = 2.10, Rwp = 1.79). Содержание сажи было рассчитано из данных термогравиметрии. По данным сканирующей электронной микроскопии материал представляет собой агломераты величиной не более 10 мкм, которые в свою очередь состоят из первичных частиц меньшего размера.
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
18-20 октября 2022 г.
Электрохимические свойства полученных композитов были исследованы в К-полуячейках (электролит 0.5 М KPF6 в смеси этиленкарбонат-пропиленкарбонат) в интервале потеницалов 3.5-5.0 В отн. К /К. Наибольшую величину разрядной ёмкости (100 мАчт демонстрирует образец, содержащий 9 % остаточной сажи (рис. 1, красная линия) при среднем рабочем потенциале ~4.3 В отн. К/К.
Состав композита
Соединение: Проводящий углерод: Связующее KVP04F/C_2022
71:{9+10):10
(ЭК:ПК0 5 M KPF, 5% ФЭК) ПВДФ (HSV900)
Кт_2018 80:10:10
(ЭК:ДЭК 0.7 M KPFJ ПТФЕ (DuPont)
KirnJ2019 70:20:10
(ЭК ДЭК 0.7 M KPF.) ПТФЕ (DuPont)
_L
160
180
Ёмкость,иАч г'1
Рис. 1. Сравнение кривых гальваностатического циклирования фазы
KVP04F в калиевых полуячейках (составы электролитов и электродной смеси указаны на рисунке). Зелёной штрих-пунктирной линией указана теоретическая ёмкость указанного состава.
В докладе будут обсуждены детали двухстадийного синтеза материала, влияния количества сажи, а также методик её введения в композит, на электрохимические свойства. Будут обсуждены причины падения ёмкости в течение циклирования и общие подходы к получению стабильного электрохимического поведения [4].
Автор выражает благодарность к.х.н. Федотову С.С., к.х.н. Никитиной В.А. за помощь в формулировке задачи и обсуждении результатов. Автор выражает благодарность магистранту Шипицину В.И. за помощь в проведении измерений и обработке данных.
1. Kim H., Ji H., Wang J., Ceder G., Trends. Chem. 2019, 7, 682-692.
2. Tian Y., Zeng G., Rutt A. et al. Chem. Rev. 2020, 121, 1623-1669.
^ХдыГучГньк новые материалы, активные среды и наноструктуры
3. Wernert R., Nguyen L.H.B., Petit E. et al. Chem. Mater. 2022, 34, 4523-4535.
4. Kim H., Tian Y., Ceder G. J. Electrochem. Soc. 2020, 167, 110555.
