Настоящий курс рассчитан на слушателей, специализирующихся в области химии и химической технологии, материаловедения, электротехники, которым в той или иной степени придется сталкиваться с современными химическими источниками тока, прежде всего с литий-ионными аккумуляторами. Курс рассчитан также на аспирантов и студентов старших курсов соответствующих специальностей. Основные цели курса: ознакомить обучающихся с устройством и принципом работы литий-ионных аккумуляторов, с их местом среди других химических источников тока, с применением и основными характеристиками, с активными и вспомогательными материалами для таких аккумуляторов, а также с особенностями наноматериалов в сравнении с традиционными материалами.
План лекций:
Химические источники тока как преобразователи химической энергии в электрическую.
Изложены принцип работы, классификация и основные процессы, протекающие в химических источниках тока. Даны определения основных количественных характеристик, описывающих функционирование химических источников тока.
Литий-ионные аккумуляторы: принцип работы и особенности устройства.
Рассмотрены токообразующие процессы, протекающие в ходе работы литий-ионных аккумуляторов, их основные функциональные характеристики в сравнении с другими автономными источниками питания.
Материалы для литий-ионных аккумуляторов: анодные материалы и электролиты.
Рассмотрены особенности интеркаляция литии и роль диффузии в функционировании литиевых аккумуляторов, даны характеристики современных анодных материалов (графит, переходные металлы), а также различных типов электролитов (жидкие и полимерные).
Материалы для литий-ионных аккумуляторов: катодные материалы.
Дан обзор свойств, особенностей кристаллической структуры и электрохимических характеристик катодных материалов. Рассмотрены основные методы синтеза катодных материалов.
Побочные процессы при работе литий-ионных аккумуляторов
Рассмотрены факторы, влияющие на ухудшение электрохимических характеристик литиевых источников тока (пассивация, фазовые переходы в активных материалах, переразряд и т.д.).
Наноматериалы для отрицательных электродов.
Рассмотрены особенности наноматериалов, применяемых в электродах литий-ионных аккумуляторов (влияние размерные эффектов, а также особого кристаллического и электронного строения нанообъектов). Будет приведено сравнение свойств нано- и микроструктурных оксидов, используемых в качестве анодных материалов, на примере диоксида олова.
Наноматериалы для положительных электродов литий-ионных аккумуляторов.
Дан обзор свойств катодных наноматериалов (LiNi0.5Mn1.5O4, V2O5, Li1+xMn2−xO4, LiFePO4), применяемых в современных литиевых источниках тока. Проведено сравнение свойств нано- и микроструктурных материалов.
Роль наноматериалов в полимерных электролитах.
Рассмотрено влияние ультрапористых и ультрадисперсных добавок на свойства полимерных электролитов, используемых в литиевых аккумуляторах.