Полностью твердотельный литий-ванадатный аккумулятор

Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, Екатеринбург

Литиевые источники тока, превосходящие по энергоемкости все известные электрохимические системы, находят широкое применение для электропитания устройств различного назначения [1, 2]. Однако не до конца остаётся решенной проблема безопасности литиевых аккумуляторов из-за применения в конструкции жидких электролитов. Решить данную проблему возможно с помощью перехода к полностью твердотельной конструкции источника тока.

В ходе работы была собрана и исследована электрохимическая ячейка Li–Ga–Ag | Li₇La₃Zr₂O₁₂ + 5 масс.% стекла 40,2Li₂O·5,7Y₂O₃·54,1SiO₂ | стеклокерамика 25Li₂O·30B₂O₃·45V₂O₅. Стеклообразные материалы 40,2Li₂O·5,7Y₂O₃·54,1SiO₂ и 25Li₂O·30B₂O₃·45V₂O₅ получены закалкой расплава. Твердый электролит Li₇La₃Zr₂O₁₂ синтезирован по цитрат-нитратной методике. Литиево-иттриево-силикатное стекло вводилось в электролит для увеличения его проводимости и плотности. Использование стеклообразного катода на основе оксида ванадия позволило обеспечить плотный контакт катод | твердый электролит. Заряд ячейки был проведен в гальваностатическом режиме по двухэлектродной схеме подключения при токе 10 мкА в течение 10 часов. При температуре 280 °C исследуемую электрохимическую ячейку удалось зарядить до 3,33 В. Было установлено, что в ходе заряда основная доля поляризации приходится на катодный полуэлемент, а в ходе разряда – на анодный, т.е. в обоих случаях затруднена деинтеркаляция лития из материалов электродов.

Рис. 1. Напряжение на аноде и катоде электрохимической ячейки Li–Ga–Ag | Li₇La₃Zr₂O₁₂ + 40,2Li₂O·5,7Y₂O₃·54,1SiO₂ | 25Li₂O·30B₂O₃·45V₂O₅ относительно электрода сравнения в ходе заряда / разряда.

Литература

1. Химические источники тока. Справ. / Под ред. Н.В. Коровина, А.М. Скундина. М.: МЭИ, 2003. 740 с.

2. Thangadurai V., Weppner W. // Ionics. 2006. V. 12. P. 81–92.