Open AccessLead sulfate and oxysulfate as a base for anode materials of lithium-ion batteries
Author(s) -
С. В. Гнеденков,
Denis P. Opra,
В. Г. Курявый,
С Л Синебрюхов,
A. A. Sokolov,
Anton I. Neumoin,
Alexander N. Minaev,
В. И. Сергиенко
Publication year - 2020
Publication title -
vestnik dalʹnevostočnogo otdeleniâ rossijskoj akademii nauk
Language(s) - English
Resource type - Journals
ISSN - 0869-7698
DOI - 10.37102/08697698.2020.211.3.007
Subject(s) - materials science , intermetallic , anode , composite number , lithium (medication) , electrochemistry , chemical engineering , nanoparticle , sulfur , degradation (telecommunications) , decomposition , metallurgy , nanotechnology , composite material , chemistry , electrode , medicine , telecommunications , organic chemistry , alloy , computer science , engineering , endocrinology
Объектом исследования являлся наноструктурированный композит на основе свинца, состоящий из смеси фаз PbSO4 и Pb2O(SO4). Цель работы состояла в реализации синтеза наноструктурированного материала на основе серосодержащих соединений свинца методом импульсного высоковольтного разряда. Набором взаимодополняющих физико-химических методов изучены морфологические особенности, состав и структура синтезированного материала. Обнаружено, что композит состоит из наночастиц размером 20 нм, образующих субмикронные и наноразмерные агломераты. При использовании композита в качестве анода литий-ионных аккумуляторов установлено, что электрохимический механизм взаимодействия данных фаз с литием включает как необратимые процессы распада PbSO4 и Pb2O(SO4), так и обратимые реакции формирования интерметаллидов LixPb. В ходе гальваностатического циклирования в диапазоне потенциалов 1,5–0,005 В при токовой нагрузке 150 мкА/см2 композит показал емкость на уровне 390 мА·ч/г, что соответствует составу Li2,96Pb. Дальнейшее циклирование материала продемонстрировало заметную деградацию емкости. Уже на пятом цикле ее значение составило 190 мА·ч/г The object of the study was the lead-based nanostructured composite consisted of mixture of PbSO4 and Pb2O(SO4) phases. The aim of the work was to realize the synthesis of a nanostructured material based on sulfur-containing lead compounds by the method of pulsed high-voltage discharge. Morphology features, composition, and structure of materials were characterized by a number of complimentary physicochemical scientific methods. It was found that the composite consists of nanoparticles with a size of 20 nm agglomerated to submicron and nanosized spheres. The electrochemical mechanism of interactions between these phases and lithium involves both irreversible decomposition of PbSO4 and Pb2O(SO4) and reversible alloying/dealloying reactions through LixPb intermetallic compounds. During the galvanostatic cycling in a potential range of 1.5–0.005 V and current load of 150 µA/cm2, the composite showed a reversible capacity of 391 mA·h/g corresponding to Li2,96Pb. Subsequent cycling of material demonstrated an appreciable degradation of the capacity. During the fifth cycle this parameter equaled to 190mA∙h/g.