Кінетика процесу електрохімічної інтеркаляції іонів літію в пористий вуглецевий матеріал

Автор(и)

  • Володимир Ігорович Мандзюк Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна
  • Надія Іванівна Нагірна Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.16452

Ключові слова:

пористий вуглецевий матеріал, електрохімічна інтеркаляція, спектроскопія електродного імпедансу, коефіцієнт дифузії

Анотація

З використанням методу спектроскопії електродного імпедансу досліджено кінетику процесу електрохімічної інтеркаляції іонів літію в пористий вуглецевий матеріал. Підібрано еквівалентні електричні схеми, які задовільно моделюють спектр імпедансу у всьому досліджуваному діапазоні частот. Запропоновано фізичну інтерпретацію для кожного елемента схеми. Розраховано коефіцієнт дифузії іонів літію в структурі електродного матеріалу.

Біографії авторів

Володимир Ігорович Мандзюк, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра комп’ютерної інженерії та електроніки

Надія Іванівна Нагірна, Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника вул. Шевченка, 57, м. Івано-Франківськ, Україна, 76018

Здобувач

Кафедра матеріалознавства і новітніх технологій

Посилання

  1. Кедринский, И. А. Литиевые источники тока [Текст] / И. А. Кедринский, В. Е. Дмитриенко, И. И. Грудянов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 241 с.
  2. Betz, G. Energy conversion and storage using insertion materials [Text] / G. Betz, H. Tributsch // Progz. Solid State Chem. – 1985. – V.16, №4. – P. 195-220.
  3. Первов, В. С. Принципы подбора катодных материалов для циклируемых литиевых батарей [Текст] / В. С. Первов, И. В. Кедринский, Е. В. Махонина // Неорг. материалы. – 1997. – Т.33, №9. – C. 1031-1040.
  4. Григорчак, І. І. Інтеркаляція: здобутки, проблеми, перспективи [Текст] / І. І. Григорчак // Фізика і хімія твердого тіла. – 2001. – Т.2, №1. – C. 7-55.
  5. Yazami, R. A reversible graphite-lithium negative electrode for electrochemical generators [Text] / R. Yazami, Ph. Touzain // J. Power Sources. – 1983. – V.9, №3. – Р. 365-371.
  6. Mohri, M. Rechargeable lithium battery based on pyrolytic carbon as a negative electrode [Text] / M. Mohri, N. Yanagisawa., Y. Tajima etc. // J. Power Sources. − 1989.− V.26, №3-4. − P. 545-551.
  7. Zheng, T. High-capacity carbons prepared from phenolic resin for anodes of lithium-ion batteries [Text] / T. Zheng, Q. Zhong, J. R. Dahn // J. Electrochem. Soc. – 1995. – V. 142. – P. L211-L214.
  8. Tokumitsu, K. Charge/discharge characteristics of synthetic carbon anode for lithium secondary battery [Text] / K. Tokumitsu, A. Mabuchi, H. Fujimoto, T.Kasuh // J. Power Sources. – 1995. – V.54. – P. 444-447.
  9. Sato, K. A mechanism of lithium storage in disordered carbons [Text] / K. Sato, M. Noguchi, A. Deuiachi, N. Oki, M. Endo // Science. – 1994. – V.264. – P. 556-558.
  10. Barsoukov, E. Impedance spectroscopy. Theory, experiment, and applications [Text] / E. Barsoukov, J. R. Macdonald. – Wiley-Interscience, New Jersey, 2005. – 606 p.
  11. Стойнов, З. Б. Электрохимический імпеданс [Текст] / З. Б. Стойнов, Б. М. Графов и др. – М.: Наука, 1991. – 336 с.
  12. Иванищев, А. В. Импедансная спектроскопия литий-углеродных электродов [Текст] / А. В. Иванищев, А. В. Чуриков, И. А. Иванищева и др. // Электрохимия. – 2008. – Т.44, №5. – С. 553-568.
  13. Нагирна, Н. И. Электрохимическое внедрение ионов лития в пористый углеродный материал [Текст] / Н. И. Нагирна, В. И. Мандзюк, Р. П. Лисовский, Б. И. Рачий, Р. И. Мерена // Материалы ХІІ Международной конференции “Фундаментальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах”. – 1-6 октября, Краснодар, Россия, 2012. – С. 188-190.
  14. Matsuo, Y. Surface layer formation on thin-film LiMn2O4 electrodes at elevated temperatures [Text] / Y. Matsuo, R. Kostecki, F. McLanon // J. Electrochem. Soc. – 2001. − V.148. − P. A687-A692.
  15. Wang, Y. Solid electrolyte interphase formation on lithium-ion electrodes: a 7Li nuclear magnetic resonance study [Text] / Y. Wang, X. Guo, S. Greenbaum etc. // Electrochemistry and solid state letter. – 2001. − V.4. − P. A68-A70.
  16. Pajkossy, T. Diffusion to fractal surfaces – II. Verification of theory [Text] / T. Pajkossy, L. Nyikos // Electrochimica acta. – 1989. − V.34. − Р. 171-179.
  17. Ogumi, Z. Carbon anodes [Text] / Z. Ogumi, M. Inaba; ed. by W. van Schalkwijk and B. Scrosati, Kluwer Academic / Plenum Publishers // Advances in Lithium-Ion Batteries.− 2002. − Р. 79-101.
  18. Мандзюк, В. І. Структура пористих вуглецевих матеріалів згідно методів рентгенівської дифрактометрії та малокутового рентгенівського розсіяння [Текст] / В. І. Мандзюк, Ю. О. Кулик, Н. І. Нагірна, І. П. Яремій // Фізика і хімія твердого тіла. – 2012. – Т.13, №3. – С. 616-624.
  19. Kedrynskyi, I. A., Dmytriienko, B. E., Grudianov, I. I. (1992). Lithium power sources. M. Energoatomizdat, 241.
  20. Betz, G., Tributsch, H. (1985). Energy conversion and storage using insertion materials. Progz. Solid State Chem, 16 (4), 195-220.
  21. Pervov, V. S., Kedrynskyi, I. V., Makhonina, E. V. (1997). Principles of selection of cathode materials for lithium batteries cycleability. Inorganic materials, 33 (9), 1031-1040.
  22. Grygorchak, I. I. (2001). Intercalation: achievements, problems, outlook. Physics and Chemistry of Solid State, 2 (1), 7-55.
  23. Yazami, R., Touzain, Ph. (1983). A reversible graphite-lithium negative electrode for electrochemical generators. J. Power Sources, 9 (3), 365-371.
  24. Mohri, M., Yanagisawa, N., Tajima, Y. etc. (1989). Rechargeable lithium battery based on pyrolytic carbon as a negative electrode. Journal of Power Sources, 26 (3–4), 545-551.
  25. Zheng, T., Zhong, Q., Dahn, J.R. (1995). High-capacity carbons prepared from phenolic resin for anodes of lithium-ion batteries. J. Electrochem. Soc., 142, L211-L214.
  26. Tokumitsu, K., Mabuchi, A., Fujimoto, H., Kasuh, T. (1995). Charge/discharge characteristics of synthetic carbon anode for lithium secondary battery. J. Power Sources, 54, 444-447.
  27. Sato, K., Noguchi, M., Deuiachi, A., Oki, N., Endo, M. (1994). A mechanism of lithium storage in disordered carbons. Science, 264, 556-558.
  28. Barsoukov, E., Macdonald, J. R. (2005). Impedance spectroscopy. Theory, experiment, and applications. Wiley-Interscience, New Jersey, 606.
  29. Stoinov, Z. B., Grafov, B. M. etc. (1991). Electrochemical impedance. M.Nauka, 336.
  30. Ivanishchev, A. V., Churikov, A. V., Ivanishcheva, I. A., Zapsys, K. V., Gamaiunova, I. M. (2008). Impedance spectroscopy of lithium-carbon electrodes. Electrochemistry, 44 (5), 553-568.
  31. Nagirna, N. I., Mandzyuk, V. I., Lisovskiy, R. P., Rachiy, B. I., Merena, R. I. (2012). Electrochemical lithium ion intercalation in the porous carbon material. Proceedings of XII International Conference "Fundamental problems of energy conversion in lithium electrochemical systems", Krasnodar, 1-6 October 2012, 188-190.
  32. Matsuo, Y., Kostecki, R., McLanon, F. (2001). Surface layer formation on thin-film LiMn2O4 electrodes at elevated temperatures. J. Electrochem. Soc., 148, A687-A692.
  33. Wang, Y., Guo, X., Greenbaum, S., Liu, J., Amine, K. (2001). Solid electrolyte interphase formation on lithium-ion electrodes: a 7Li nuclear magnetic resonance study. Electrochemistry and solid state letter, 4, A68-A70.
  34. Pajkossy, T., Nyikos, L. (1989). Diffusion to fractal surfaces – II. Verification of theory. Electrochimica acta, 34, 171-179.
  35. Ogumi, Z., Inaba, M. ed. by W. van Schalkwijk and B. Scrosati, Kluwer Academic, Plenum Publishers (2002). Carbon anodes. Advances in Lithium-Ion Batteries, 79-101.
  36. Mandzyuk, V. I., Kulyk, Yu. O., Nagirna, N. I., Yaremiy, I. P. (2012). The porous carbon materials structure by X-ray diffractometry and small angle X-ray scattering methods. Physics and Chemistry of Solid State, 13 (3), 616-624.

##submission.downloads##

Опубліковано

2013-08-17

Як цитувати

Мандзюк, В. І., & Нагірна, Н. І. (2013). Кінетика процесу електрохімічної інтеркаляції іонів літію в пористий вуглецевий матеріал. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8(64), 42–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.16452

Номер

Том 4 № 8(64) (2013): Енергопостачання. Енергозберігаючі технології та обладнання. Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2014 Володимир Ігорович Мандзюк, Надія Іванівна Нагірна

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.