Pecularities of electrochemical lithiation of the binary intermetallics of the systems {Ti, V}-Al

Abstract

Методами рентгенівської дифракції порошку, скануючої електронної мікроскопії, енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії та електрохімічної інтеркаляції досліджено процес електрохімічного літування окремих Al-вмісних інтерметалідів титану та ванадію, а саме Ti3Al, TiAl3, TiAl, VAl3, Al, Al1-xVx. Під час електрохімічного літування усіх сполук спочатку простежували утворення твердих розчинів включення, а згодом -утворення тернарних фаз, у структурах яких атоми літію частково заміщають атоми алюмінію. Таке заміщення приводить до збільшення параметрів елементарних комірок досліджених фаз та утворення проміжних фаз літію з алюмінієм, зокрема LiAl3 (структурний тип AuCu3), LiAl (структурний тип NaTl), Li3Al2 та Li9Al4, що кристалізуються у власних структурних типах. Найбільшу кількість мобільного літію демонструє електрод на основі Lix+yTi3Al1-y (x+y = 0,15 або 3,75 ат. % Li). Після інтеркаляції літію простежується збільшення пористості поверхні та часткова аморфізація матеріалів анода, що проявляється у значному розширенні профілю дифракційних піків та появі аморфних гало на дифрактограмах.Ключові слова: інтерметалід, тверді розчини включення та заміщення, електрохімічне літування, літій-іонні акумулятори. ВступІнтерметаліди на основі легких компонентів (таких як алюміній, ванадій та титан), крім застосування у сферах конструкційних матеріалів, можна застосовувати у сферах акумулювання чи перетворення енергії. Науковці [1-4] отримали цікаві результати щодо використання електродних матеріалів на основі літію та алюмінію в літій-іонних хімічних джерелах електричної енергії, однак теоретично розраховані значення питомих ємностей цих матеріалів суттєво вищі за реальні, що пов'язано із невеликою дифузією на поверхні та в об'ємі зразків. Інтерметалічні сполуки також можна використовувати як електродні матеріали в літій-іонних та металогідридних акумуляторах. Часто електродні матеріали на основі інтерметалідів у літій-іонних акумуляторах піддаються структурним змінам через деформації під час інтеркаляції літію [5,6]. Тому головні вимоги до електродних матеріалів -це наявність тетраедричних ____________________  Кордан В., Жишкович О., Зелінська О. та ін., 2019

Electrochemical lithiation of the CeNiC2 compound

“…As a result filled-up structures of the Hf 5 CuSn 3 -type were formed. The increase of the unit cell volumes exceeded 0.5 % and we observed pronounced shifts of XRD peaks for the ternary phases, as compared with those of the parent binaries: → 432.37(5) Å 3 , ∆V/V = -0.47 %) [11].…”

“…Consequently we carried out the calculations considering the charge or discharge time without distinguishing the processes of main reaction (lithiation) and by-reaction (formation of solid electrolyte interphases or other byproducts). The series of electrochemical reactions can be presented as: We recently studied electrochemical lithiation of the binary intermetallic compounds Zr 5 Sn 3 , Tb 5 Sn 3 and Tb 5 Sb 3 crystallizing in Mn 5 Si 3 -type structures [10,11]. In the case of Zr 5 Sn 3 -and Tb 5 Sn 3 -containing electrodes we observed inclusion of Li atoms into voids of the parent structure as the dominant process.…”

Synthesis and properties of the Lix+yTi2Sn3-y and LiyTi2Sn1-y solid solutions

“…Попередні дослідження [3][4][5] показали, що електрохімічне включення літію у структури станідів R 5 Sn 3 супроводжується утворенням надструктур типу Hf 5 CuSn 3 та проміжної фази літію зі станумом Li 17 Sn 4 . ____________________  Кордан В., Тарасюк І., Зелінська О., Павлюк В., 2022 Зміна структури та часткове заміщення р-елемента на літій також проявляється за електрохімічних процесів, де електрод містить алюміній, станум чи стибій [6][7][8][9][10].…”

Electrochemical delithiation of the binary LiAl, Li3Al2, Li9Al4 and boron–doped phases

“…У випадку меншої різниці значення електронегативності (Al та Li) така взаємодія відбувається рідше та у меншому ступені. Насамперед відбувається заповнення вакантних октаедричних пустот та каналів [13]. Стратегія пошуку електродних матеріалів полягає у тому, що потрібно вибирати легуючі компоненти з незначною різницею значень електронегативності порівняно з літієм, тоді частка продуктів заміщення буде меншою, що позитивно вплине на ефективність літування електродного матеріалу.…”