Спосіб модифікації діоксиду титану як електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму

Реферат: Спосіб модифікації діоксиду титану як електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму полягає у допуванні чужорідними домішками вихідної речовини нанодисперсного діоксиду титану. При цьому як чужорідну домішку для допування використовують цирконій, а процес допування здійснюють методом золь-гель технології. UA 80801 U (12) UA 80801 U UA 80801 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до вдосконалення електродного матеріалу літієвих джерел струму (ЛДС) шляхом його допування. Метою дослідження і винайдення даного способу модифікації катодного елемента ЛДС є збільшення енергетичних характеристик діоксиду титану як ефективного матеріалу для інтеркаляції іонами літію у процесі експлуатації ЛДС. Літієві джерела струму є найкращими джерелами автономного живлення для портативної електротехніки, відповідно це і є основною причиною подальшого їх вивчення і вдосконалення. Одним з методів покращення енергетичних характеристик ЛДС є модифікація електродного матеріалу, в даному випадку діоксиду титану, який має гостьові позиції канального типу для іонів літію. Модифікація ТіО2, в основному, здійснюється шляхом лазерного опромінення [1], допуванням чужорідними елементами [2]. Як найближчий аналог нами було вибрано нанодисперсний діоксид титану ТіО2, допований такими сполуками, як оксид хрому, ванадію і феруму [2]. При допуванні ТіО2 оксидами хрому і ванадію вдалося досягнути ємності, рівній 300 А·год./кг. Ємність ЛДС на основі діоксиду титану із оксидом феруму, вміст якого в ТіО 2 становив 20 мас. % при струмі розряду 10 мкА, становила 700 А·год./кг, а при струмі розряду 40 мкА - 450 А·год./кг. В аналогу TiO2/Fe2O3 досліджено вплив концентрації допуючої домішки на енергетичні характеристики ЛДС на основі ТЮ2, проте не досліджено вплив температурного відпалу. Задачею корисної моделі є підвищення енергоємнісних характеристик гальванічних елементів шляхом застосування як катодного матеріалу допованого чужорідними домішками ТіО2 і з наступним його відпалом. Поставлена задача вирішується шляхом допування активного матеріалу катода джерела електричного струму цирконієм та наступним його відпалом. Анодом в такому джерелі служить металічний літій, електролітом - одномолярний (1М) розчин тетрафторборату літію (LiBF4) в γбутиролактоні, який забезпечує одночасно хімічну і електрохімічну стійкості анод-катодної пари в процесі всієї служби елемента. Спосіб отримання ефективного катодного матеріалу для ЛДС характеризується: а) методом синтезу і допуванням золь-гель технологією, а також відпалом отриманого матеріалу при 850 °C; б) високим значенням питомої ємності отриманого матеріалу до 1000 Аг·од/кг при струмі розряду 20 мкА. Спосіб конкретного використання Синтез нанокристалічного діоксиду титану був виконаний за методикою [3], за якою як прекурсор використовувався ізопропоксид титану Ti(OR)4 (97 % фірми Aldrich) з додаванням ізопропанолу. Гідроліз відбувався з використанням розчину НСІ в деіонізованій воді з рН=2. Допування діоксиду титану оксидом цирконієм проводилося шляхом додавання до ізопропоксиду титану бутоксиду цирконію в молярному співвідношенні 80:20 %. Отримані матеріали відпалювалися при температурах 400 і 850 °C впродовж однієї години. 2 Для електрохімічних досліджень було сформовано електроди площею 0,5 см на нікелевій підкладці. Електрод складався з порошку титану діоксиду або допованого цирконієм діоксиду титану, ацетиленової сажі як струмопровідної добавки, в'яжуючого агента (полівінілхлориду) у масовому співвідношенні 85 %:10 %:5 %. Маса нанодисперсного титану діоксиду не перевищувала 6 мг. При дослідженні електрохімічних властивостей виявлено значне покращення питомої ємності для допованого і відпаленого діоксиду титану цирконієм. Отримані результати представлені на кресленні. Розрядні криві літієвих елементів з катодами на основі синтезованих наночастинок: 1 - ТiO2, 2-TiO2, 3-TiO2 (400 °C), 4-TiO2 (850 °C). Найвищу питому ємність має ЛДС з катодом TiO2, відпаленим при 850 °C, для якого характерні кардинальні зміни електронного енергетичного спектру порівняно як з нелегованим діоксидом титану, так і з легованим цирконієм без відпалу, чи з відпалом при 400 °C. Беручи до уваги практичну незмінність кристалічної структури (політипу) діоксиду титану при допуванні з відпалом при 850 °C бачимо значний вплив енергетичної топології дефектів наночасток на їх енергогенеруючі властивості. Пропонований спосіб модифікації діоксиду титану може бути відтворений у промислових умовахна спеціалізованому виробництві. Джерела інформації: 1. Сегін Μ.Я., Остафійчук Б.К., Будзуляк І.М., Яблонь Л.С., Гуменюк Л.М. Кінетичні характеристики процесу електрохімічної інтеркаляції Лі в лазерно-опромінений ТiО2 // Східноєвропейський журнал передових технологій.-2010.-5/5. № 47 - С. 256-260. 2. Миронюк І.Ф. Синтез, структура та електрохімічні властивості оксидних наноматеріалів: монографія / І.Ф. Миронюк, В.О. Коцюбинський, Б.К. Остафійчук. - Івано-Франківськ: 1 UA 80801 U 5 Видавництво Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника, 2011.-443 с. 3. S. Mashid, M. Sasani Ghamsari and all. Synthesis of ТiО2 nanoparticles by hydrolysis and peptization of titanium isopropoxide solution // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics.-2006. - V. 9, № 2-P. 65-68. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб модифікації діоксиду титану як електродного матеріалу для літієвого електрохімічного джерела струму, який полягає у допуванні чужорідними домішками вихідної речовини нанодисперсного діоксиду титану, який відрізняється тим, що як чужорідну домішку для допування використовують цирконій, а процес допування здійснюють методом золь-гель технології. 2. Спосіб за пунктом 1, який відрізняється тим, що отриманий допований матеріал піддавали відпалу. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2