Дифузійні процеси в твердофазних системах на основі шпінельних залізовмісних йонпровідних матриць

Abstract

В роботі методою переривчастого ґальваностатичного титрування проведено дослідження процесів електростимульованої дифузії йонів Літію в структуру нанорозмірної шпінелі, модифікованої Ферумом. Показано, що з використанням золь–ґель-методи синтези за температури відпалу у 800°С утворюється однофазна шпінельна структура з розміщенням синтезою введених катіонів Феруму в обох підґратницях шпінелі, що сприяє підвищенню електропровідности та коефіцієнта електростимульованої дифузії Літію. При цьому розміри неаґломерованих частинок складають близько 50–70 нм, що забезпечує високу швидкість перебігу електрохемічних реакцій на межі електрода–електроліт. Встановлено залежність коефіцієнта дифузії Літію від напруги для різних водних електролітів і показано, що, незалежно від вибору водних розчинів електроліту на основі Li₂SO₄ та LiNO3-електроліту, максимально інтенсивно інтеркаляція Літію проходить за напруги у 1,1–1 В відносно електроди порівняння. При цьому значення коефіцієнта дифузії Літію в структуру шпінельної матриці знаходяться в діяпазоні 10⁻¹⁰–10⁻⁹ см²/с.

В работе методом прерывистого гальваностатического титрования проведены исследования процессов электростимулированной диффузии ионов лития в структуру наноразмерной шпинели, модифицированной железом. Показано, что с использованием золь–гель-метода синтеза при температуре 800°C образуется однофазная шпинельная структура с размещением синтезом введённых катионов железа в двух подрешётках шпинели, что способствует повышению электропроводности и коэффициента электростимулированной диффузии лития. При этом размеры неагломерированных частиц составляют около 50–70 нм, что обеспечивает высокую интенсивность электрохимических реакций на границе электрод–электролит. Установлена зависимость коэффициента диффузии лития от напряжения для различных водных электролитов и показано, что, независимо от электролита, максимально интенсивно интеркаляция лития проходит при напряжениях 1,1–1 В относительно хлор-серебряного электрода. При этом значения коэффициента диффузии находятся в диапазоне 10⁻¹⁰–10⁻⁹ см²/с..

In the article, the processes of electrostimulated lithium-ions’ diffusion into the structure of nanosize iron-modified manganese spinel by galvanostatic intermittent titration is studied. As shown, with using sol–gel synthesis at temperature of 800°C, single-phase spinel structure with the arrangement of iron cations in both spinel sublattices is formed that increases both the electrical conductivity and the electrostimulated-diffusion coefficient of lithium. The sizes of individual particles are about 50–70 nm that provides a high rate of electrochemical reactions at the electrode–electrolyte boundary. The dependence of the lithium-ions’ diffusion coefficient on voltage for various aqueous electrolytes is determined, and as shown, regardless of the electrolyte, the most intensive lithium intercalation takes place at voltages of 1.1–1 V relative to chlorine–silver electrode. The diffusion coefficient values are in the range of 10⁻¹⁰–10⁻⁹ cm²/sec.