Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса использования, развития и совершенствования химических источников тока 7
1.1. Исторические предпосылки создания и развития химических источников тока 7
1.1.1. Литиевые химические источники тока 10
1.2. Основные проблемы создания химических источников тока с ( литиевых анодом 12
1.3. Первичные литиевые источники тока с различными катодными материалами 13
1.3.1. Источник тока на основе системы Li/S02 (литий-диоксид серы) 13
1.3.2. Источник тока на основе системы Li/SOCb (литий-тионилхлорид) 16
1.3.3. Источник тока на основе системы Li/МпОз (литий-диоксид марганца) 18
1.4. Вторичные литиевые источники тока 19
1.4.1. Литий-ионные аккумуляторы 19
1.4.2. Литий-полимерные аккумуляторы 26
1.5. Практические работы по аккумуляторам с металлическим литием... 28 1.5.1. Материалы, альтернативные металлическому литию 29
1.6. Материалы для отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов 30
1.6.1. Наноструктуры для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов 39
1.7. Материалы для положительного электрода литий-ионных аккумуляторов 42
1.8. Электролиты для литиевых и литий-ионных (полимерных) аккумуляторов 50
1.9. Нетрадиционные виды сырья для получения анодного материала литий-ионных (полимерных) аккумуляторов 55
1.10. Выводы по первой главе. Постановка цели и задач исследований 59
Глава 2. Получение и модифицирование анодных матриц из возобновляемого растительного сырья: побегов бамбука и тростникового сахара 62
2.1. Материалы и оборудование для получения экспериментальных анодных материалов, литий-ионных (полимерных) аккумуляторов 66
2.2. Технология получения литий-полимерных аккумуляторов 74
2.3. Технология получения катодного материала 77
2.4. Технология получения анодного материала 79
2.4.1. Электрохимическое исследование экспериментальных литий- полимерных аккумуляторов 88
2.5. Выводы по второй главе 93
Глава 3. Исследование технологии получения литий-ионных аккумуляторов цилиндрической формы 94
3.1. Материалы, оборудование и методика проведения экспериментов... 94
3.1.1. Изготовление вторичных источников тока типа размера BR1225 94
3.1.2. Приготовление анода 95
3.1.3. Приготовление катода 96
3.1.4. Приготовление сепаратора 96
3.1.5. Сборка вторичных источников тока (аккумуляторов) 96
3.2. Электрохимическое исследование вторичных источников тока (аккумуляторов) 97
3.3. Выводы по третьей главе 103
Глава 4. Получение нанодисперсного кремния для создания анодных композиционных матриц системы углерод-кремний 104
4.1. Выводы по четвертой главе 111
Глава 5. Получение анодных матриц из отходов сельскохозяйственных культур 112
5.1. Выводы по пятой главе 128
Глава 6. Получение композитных материалов системы: углерод-кремний 129
6.1. Выводы по шестой главе 149
Выводы и результаты 150
Литература
- Основные проблемы создания химических источников тока с ( литиевых анодом
- Технология получения литий-полимерных аккумуляторов
- Изготовление вторичных источников тока типа размера BR1225
- Сборка вторичных источников тока (аккумуляторов)
Введение к работе
Развитие современных технологий энергосбережения невозможно без применения эффективных и доступных источников тока. Литий-ионные (полимерные) аккумуляторы являются одними из самых значимых и предпочтительных источников тока для современных электронных приборов и устройств. Особое значение при производстве литий-ионных (полимерных) аккумуляторов уделяется анодным материалам с высокой емкостью по отношению к интеркаляции лития и циклируемостью. Важной задачей в области развития материалов литий-ионных (полимерных) аккумуляторов является разработка интенсивных и энергосберегающих технологий получения анодных материалов и расширение сырьевой базы. В качестве анодных матриц для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов используются различные углеродные материалы: графит, кокс, твердый углерод, пиролитический углерод, нанотрубки и фуллерены, а также различные композиционные материалы. Традиционным сырьем для получения анодных матриц служит углеводородное сырье. Однако в мире происходит неизбежное истощение природных запасов углеводородного сырья, что приводит к повышению его стоимости. Кроме этого во многих странах мира углеводородные ресурсы являются дефицитом, технология их добычи и переработки зачастую наносит вред окружающей среде.
Таким образом, значительный интерес представляет технология получения анодных матриц из растительного сырья. В частности, таким видом сырья являются крупнотоннажные отходы сельскохозяйственных (далее с/х) культур, которые имеют низкую себестоимость, экологически приемлемы и являются возобновляемой биомассой.
В настоящее время в области материалов для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов накоплен большой- теоретический и практический опыт, отраженный в работах Кедринского И. А., Дмитриенко В. Е., Грудьянова И. И., Ба-
гоцкого В. С, Скундина А. М., Таганова А. А., Пак И. А., Фиалкова А. С, Ефимова О. Н., Ярмоленко О. В., Aurbach D., Shlaiker С, Marphy R., Hironosuke I., Fucuda M. [1-12]. Тем не менее, проблема получения материалов анода из возобновляемого растительного сырья разработана недостаточно.
В связи с многообразием отечественной и зарубежной литературы в области материалов для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов и химических источников тока в целом, в первой главе проведен анализ современного состояния вопросов использования, развития и совершенствования химических источников тока, подробно рассмотрены материалы для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов, особый акцент сделан на нетрадиционных анодных матрицах.
Во второй главе разработана технология получения и модифицирования экспериментальных анодных матриц из возобновляемого растительного сырья -побегов бамбука и тростникового сахара на экспериментально сконструированной энергосберегающей установке. Из полученных и исследованных анодных матриц собрана опытная серия литий-полимерных аккумуляторов (завод «TSE», Китай, г. Аньзи), проведено их электрохимическое тестирование, которое подтвердило полноценные рабочие характеристиками полученных источников тока.
В третьей главе приведена технология сборки литий-ионных аккумуляторов на базе цилиндрической формы типа размера BR 1225. В качестве анодного материала использовались анодные матрицы, полученные при различных температурах из возобновляемого растительного сырья: побегов бамбука и тростникового сахара. Таким образом, в данной главе была экспериментально апробирована технология сборки вторичных источников тока на базе цилиндрических форм для первичных источников тока.
Четвертая глава посвящена получению нанодисперсного порошка кремния магнетермическим восстановлением Si02 (диоксида кремния) в условиях меха-ноактивации, для создания анодных композиционных материалов системы: «углерод - кремний», где углерод выступает в роли матрицы, а кремний в роли наполнителя (активной фазы).
В пятой главе разработана технология получения анодных матриц из возобновляемого растительного сырья — отходов с/х культур.
Пиролизом в кварцевом реакторе без доступа кислорода при температуре 900 С с применением метода механоактивации были получены экспериментальные модификации углерода (анодные матрицы) из возобновляемого растительного сырья — отходов с/х культур (отходы пшеницы, овса, гречихи, семян подсолнечника, зерен кукурузы и риса, а также бобов кофе, листьев чая, свекольного сахара).
Шестая глава посвящена технологии получения углеродных композиционных материалов системы: «углерод-кремний», где углерод выступает в роли матрицы, а кремний в роли наполнителя (активной фазы). В качестве исходного сырья использовали модификации углерода, полученные из возобновляемого растительного сырья и нанодисперсный кремний чистотой -96%. Углерод допиро-вали кремнием в следующих процентных соотношениях: 0,1%), 1%. Полученную смесь углерода и кремния подвергали процессу механоактивации.
Таким образом, цель данного исследования - создание энергосберегающей технологии получения анодных матриц из возобновляемого растительного сырья: тростникового сахара, побегов бамбука, отходов с/х культур, а также получение анодных матриц повышенной эксплуатационной надежности композиционного материала системы: «углерод-кремний» для литий-ионных аккумуляторов.
Основные проблемы создания химических источников тока с ( литиевых анодом
Источники электрической энергии для автономного питания различных технических устройств- нашли широкое применение, и трудно назвать область техники, где бы они ни использовались. Однако существующие в настоящее время источники тока потребляют дорогие и остродефицитные цветные металлы, запасы которых ограничены. Кроме того, развитие принципиально новых направлений медицины, микроэлектроники, радиотехники, энергетики требует разработки источников тока с более высокими удельными электрическими характеристиками.
По теоретической удельной энергии (одному из основных определяющих параметров для энергетической эффективности химических источников тока) литий занимает первое место. Это и определило бурное развитие исследований по созданию ХИТ с литиевым анодом. Так для сравнения, если удельная энергия системы окись свинца - свинец составляет 170 Вт ч/кг, системы реализованной в никель-кадмиевом аккумуляторе 240 Вт ч/кг, то в системах с литиевым анодом и катодами из сульфидов железа и меди, окиси никеля она составляет 1100 Вт ч/кг, а с полифторуглеродным катодом - 6060 Вт ч/кг [6].
Реальные энергетические преимущества источников тока с литиевыми анодами видны из следующего сопоставления: если величина удельной энергии элемента одной из энергоёмких, широко распространенных в практике ртутно-цинковых систем составляет 80-100 Вт ч/кг, а среди других традиционных систем (серебряно-цинковые и магний-хлорсеребряные) не превышает 120-130 Вт ч/кг, то у различных источников тока с литиевым анодом удельная энергия достигает значений 300-500 Вт ч/кг. Среди перспективных разработок литиевых ХИТ может быть получена удельная энергия порядка 1000 Вт ч/кг. Значения разрядного напряжения ряда применяемых электрохимических пар с литиевым анодом достигают около 3 В, то есть в два раза превышают напряжение элементов, широко применяемых в бытовой технике. Если же элементы с литиевым анодом создаются целенаправленно для замены сегодняшних элементов бытовой техники (1,5 В), без изменения ее конструкции и электрических параметров, то они, как правило, имеют большую (в несколько раз) емкость при тех же весах и габаритах и опять-таки обладают более высокой удельной энергией.
Использование апротонных растворителей в литиевых источниках приводит к расширению температурного диапазона применимости таких ХИТ, особенно в сторону минусовых температур (до -50 - 55 С), благодаря отсутствию в них воды. С другой стороны, недопустимость присутствия влаги вынуждает делать элементы в надежном герметичном исполнении, что усложняет разработку и их изготовление. Но герметичность - это одновременно и преимущество, так как обеспечивает высокую сохранность. По некоторым литиевым химическим источникам тока гарантируется сохранность до 10 лет.
Несколько обособленным классом среди разного типа литиевых ХИТ с ап-ротонным электролитом стоят системы с водным электролитом. Доказанные не так давно возможности создания ХИТ с литиевым анодом и водным электролитом, позволяют надеяться на создание ряда более высоких по уровню мощности ХИТ при обеспечении удельной энергии существенно выше, чем у имеющихся сегодня, способных генерировать энергию в интенсивных режимах разряда. Время работы таких ХИТ от долей до нескольких десятков часов. В сочетании с возможностями ХИТ с апротонным электролитом разряжаться несколько часов литиевые ХИТ в целом могут "закрыть" практически весь диапазон продолжи-тельностей разряда, обеспечиваемый сегодняшними ХИТ, но с получением более высоких энергетических характеристик.
Первичные элементы, рассчитанные на работу в обычных условиях, можно разделить на два класса: элементы с жидким и с твердым катодом. В качестве жидких катодов-окислителей чаще всего используют тионилхлорид и диоксид серы, которые одновременно являются и основой электролитов. Элементы с жидким окислителем характеризуются высокими удельными значениями мощности и энергии, работоспособны в широком диапазоне температур, но они по-жаро - и взрывоопасны, поэтому их используют только в специальной технике. В элементах с твердым катодом в качестве активного материала применяют оксиды марганца, меди или некоторых других металлов, а также сульфид железа и фторированный углерод. В качестве электролитов в таких элементах используют растворы некоторых солей лития (перхлорат, гексафторарсенат, тетрафторборат и т.д.) в органических неводных апротонных растворителях (пропиленкарбонат, диметоксиэтан, тетрагидрофуран, у-бутиролактон и различные смеси). В зависимости от типа катодного материала рабочее напряжение элементов может достигать З В (для диоксида марганца или фторированного углерода) или 1.5 В (для оксида меди или сульфида железа); в последнем случае литиевые элементы и традиционные элементы на основе марганцево-цинковой системы взаимозаменяемы [7].
При разряде первичных элементов с апротонными электролитами протекают следующие процессы - анодное растворение лития и катодное внедрение лития в кристаллическую решетку материала положительного электрода. Поверхность лития в апротонных электролитах вследствие химического взаимодействия с компонентами электролита — органическим растворителем и анионами -покрывается тонкой пассивной пленкой (ее толщина не превышает нескольких нанометров). Эта пленка имеет свойства твердого электролита с проводимостью по ионам лития, она хорошо защищает литий от взаимодействия с электролитом (то есть предотвращает саморазряд). В связи с этим первичные литиевые элементы обладают большим сроком сохраняемости. Однако, для вторичных источников с апротонным электролитом это явление представляет серьёзную проблему. В серии работ Браммер и Кох [8] с соавторами показали, что ограниченная цик-лируемость литиевого электрода обусловлена быстрым образованием пассивирующей пленки на высаживаемых кристаллах лития в катодном цикле.
Технология получения литий-полимерных аккумуляторов
Технология получения литий-полимерных аккумуляторов состоит из 22 последовательных операций:
1. Нарезка основы, на которую наносится материал анода и катода, с по мощью специальных ножей, получение заданных размеров.
а) основа материала анода -тонкая медная сетка с ячейками мелких размеров (1,2-1,4 мм) (медный сплав).
б) основа материала катода -тонкая алюминиевая сетка с ячейками мелких размеров (1,2-1,4 мм) (алюминиевый сплав аналогичный медному).
2. Промывка в специальных раковинах с помощью напора проточной воды, температура воды 25-30 С. для удаления загрязнений, жировых пятен.
а) промывка в ацетоне для удаления жировых пятен и обезжиривания. 3. Сушка с помощью вентиляторов в течение 4-5 минут, температура суш-ки=40-45 С.
4. Нанесение графитового раствора на основу катода и анода для создания оптимальной адгезии при нанесении материала анода и катода. Толщина покрытия 5-7 микрон. Наносят раствор с помощью пневматического пуливизатора, после нанесения основу материала анода и катода (сетки) сушат при комнатной температуре(20 С) в течении 2-3 часов, после данные сетки помещают в специальные термические шкафы где их отжигают при температуре 120-150 С и они остывают там вместе с термическим шкафом до температуры 30 С.
5. Замешивание смесей (консистенций) для анода, катода и сепаратора. Технология замешивания смесей для всех материалов идентичная, только отличается компонентами.
а) Компоненты для замешивания анодной смеси: анодный порошок, PVDF- служит для создания хорошей электронной проводимости и как связующее звено, метанол, специальный загуститель DBP, спе циальный ультролегкий углеродный материал (увеличивает элек тронную проводимость).
б) Компоненты для замешивания катодной смеси: катодный порошок LiCo02, PVDF, метанол, специальный загуститель DBP, специальный ультролегкий углеродный материал.
Точные пропорции компонентов для замешивания анодной, катодной смесей и технология замешивания и получения сепаратора являются производственной тайной.
6. После замешивания и получения анодной и катодной смеси, данные смеси прогоняют через специальные катки (каток для анода, каток для катода), где под действием температуры (110-120 С) создается анодная и катодная плен ка, заданной толщины. Анодная пленка, от катодной пленки визуально отличает ся цветом, катодная имеет черно-сизый оттенок, а анодная - более черный отте нок, а также массой, катодная пленка более высокую массу, чем анодная пленка.
7. Далее нарезают полученные анодные и катодные пленки под размеры сеток (основ анодного и катодного материала), после накладываем пленки на сетку с двух сторон (анодная основа (медная сетка) - с двух сторон анодная пленка, катодная основа (алюминиевая сетка)- с двух сторон катодная пленка).
8. Полученные заготовки анода и катода прогоняют через ламинатор, где анодная основа (медная сетка) спрессовывается с анодной пленкой, катодная основа (алюминиевая сетка) спрессовывается с катодной пленкой. Прессование осуществляется при температуре 110-130 С.
9. Анод, катод и пленку сепаратора помещают в метанол (специальные емкости), для создания микроотверстий, чтобы увеличить электронную проводимость, (помещают в метанол на 4 часа).
10. Анод, катод, сепаратор сушат при температуре 30 С, после нарезают по заданным размерам аккумулятора.
11.Создание монолитной пластины: три пластины соединяют между собой, (посередине анодная пластина, с обоих сторон катодная пластина, между всеми пластинами сепаратор) ультразвуковой сваркой. Полученная пластина содержит два катода, один анод и два сепаратора.
Стандартная литий - полимерный аккумулятор состоит из 6 монолитных пластин спаянных между собой, (то есть содержит 12 катодов, 6 анодов, 12 сепараторов). 12.Наваривание контактов на анод и катод для улучшения электропроводности (контакты: сплав никеля и алюминия), размер контактов зависит от размеров аккумуляторов. 13.Спаянные монолитные пластины (6 штук) помещают в плотную оболочку (пакет) из алюминиевой фольги и сваривают температурной сваркой давлением, с двух сторон. 14. Заливают электролит в неспаянную сторону (низ аккумулятора) и сваривают. 15. С полученных аккумуляторов высасывают воздух с помощью процесса вакумирования и влагу с помощью процесса осушения, все это происходит за один этап. 16. Полученные аккумуляторы направляются в отдел тестирование, где сразу производят их циклирование, проверяют, сколько циклов способны выдерживать данные аккумуляторы без утраты рабочих характеристик. 17. После аккумуляторы проверяют на комплекс электротехнических свойств (в течении 12 часов). 18. Хранение 6 суток (проверяют, как ведет себя аккумулятор, происходит ли изменения электротехнических характеристик). 19. После 6 суток делают контрольный тест (12часов), где снова проверяют электротехнические характеристики аккумуляторов. 20. Загибание боков на специальном станке. 21. Нанесения маркировки завода изготовителя, электротехнических характеристик. 22. Дополнительно по требованиям заказчика: припайка предохранителя, стабилитрона, помещение батарейки в специальный пластиковый корпус.
Изготовление вторичных источников тока типа размера BR1225
В сухом боксе, с помощью механического минимиксера смешивали следующие композиции:
а) 95 %- модификация углерода полученная пиролизом из порошка бамбука при температурах 1250 и 1400 С+ 3% - ацетиленовой сажи, для увеличения электронной проводимости+2% - ультрадисперсного политетрафторэтилена, в качестве связующего вещества, для улучшения прессования.
б) 95% - комбинированная модификация углерода + 3%- ацетилено вой сажи + 2% - ультрадисперсного политетрафторэтилена в) 95 % - анодный материал компании TSE + 3% - ацетиленовой сажи + 2%- ультрадисперсного политетрафторэтилена.
Из полученных смесей изготавливали таблетки (диаметром 11,5 мм, толщиной 1,39-1,42 мм) с помощью механического пресса и пресс-форм, давление прессования составляло 28-30 МПа и выбиралось экспериментально.
Из мелкодисперсного порошка литированного оксида кобальта (Li-С0О2), изготавливали катоды в форме таблеток, по аналогичной технологии получения анодов в форме таблеток. Только для изготовления катода не использовали ацетиленовую сажу и ультрадисперсный политетрафторэтилен в качестве связующего.
Экспериментально было установлено, что литированный оксид кобальта (ІЛСоСЬ) обладает хорошей прессуемостью и для его прессования не требуется дополнительного связующего вещества.
Нетканый полипропилен нарезали по форме таблеток с помощью специального трубчатого резака.
В нижний корпус из нержавеющей стали помещали таблетку из катодного материала и слегла ее утрамбовывали с помощью стеклянной палочки, с целью плотного прилегания ее к корпусу. После этого, на поверхность таблетки наносили и равномерно распределяли жидкий электролит с помощью пипетки. После того, как электролит полностью пропитывал и распределялся по площади таблетки, накладывали сепаратор и электроизо ляционное кольцо и слегка его прижимали для плотного и ровного прилегания. Затем на поверхность сепаратора накладывали таблетку из анодного материала, плотно прижимали ее крышкой из нержавеющей стали и за-вальцовывали с помощью пресс-форм и механического пресса. Давление вальцевания устанавливалось экспериментально и составляло для данных источников 13-14 МПа.
Полученные вторичные источники тока проверяли на герметичность, выдерживали их несколько суток, затем осматривали их визуально.
На собранных вторичных источниках тока, на базе цилиндрических форм и с применением экспериментальных анодных материалов было проведено электрохимическое исследование на комплексной установке Cell Test System 1470 («Solartron Mobrey Ltd», Великобритания) в Институте Химии ДВО РАН, в лаборатории нестационарных поверхностных процессов.
Результаты электрохимических исследований несмогли установить корреляцию электрохимических характеристик полученных цилиндрических источников тока, это связано вероятней всего с тем, что в качестве связующего и для улучшения процесса прессования анодного материала применялся ультрадисперсный политетрафторэтилен.
Предположительно этот компонент препятствовал интеркаляции ионов лития в анодный материал, тем самым не происходила зарядка источника тока. Вторым немаловажным обстоятельством могло быть нарушения герметичности источника, что приводило к утечке электролита и попаданию воздуха во внутрь.
Сборка вторичных источников тока (аккумуляторов)
Насыпную и физическую плотность определяли по стандартным методикам [277]. Содержание химических элементов в полученных углеродных модификациях определяли методом полуколичественного эмиссионного спектрального анализа на спектрографе PGS-2 (Германия).
Пиролизом в кварцевом реакторе без доступа кислорода при температуре 900 С, а также с применением метода механоактивации, были получены экспериментальные модификации углерода (анодные матрицы) из возобновляемого растительного сырья: отходов с/х культур- отходы пшеницы, овса, гречихи, семян подсолнечника, зерен кукурузы и риса, а также бобов кофе, листьев чая, сахара свекольного.
Методом электронно-сканирующей микроскопии было показано, что форма, размер частиц, текстура зависит от природы растительного сырья. Полученные углеродные порошки являются преимущественно полидисперсными, а также наблюдаются частицы неправильных форм и образование агломератов, это связано, вероятней всего, с процессом получения (пиролизом) и механоактивации данных углеродных порошков. Было установлено, что частицы углерода, полученные из свекольного сахара (см. рис. 5.1.) имеют, крупенчато-осколочную форму с размером 0,3-11 мкм, превалирующее число частиц (около 70%) имеет размер 1-3,5 мкм, при больших увеличениях в 20000 раз наблюдаются частицы глобулярной формы с размером 12 мкм. Частицы углерода, полученные из отходов пшеницы (см. рис. 5.2.) имеют, преимущественно оскольчато-пластинчатую форму с размером 0,15-10 мкм, превалирующее число частиц (около 70%) имеет размер 08-2,5 мкм, также наблюдаются частицы крупенчатой формы с размером 0,15-0,4 мкм. Частицы углерода, полученные из бобов кофе (см. рис. 5.3.) имеют, пластинчато-оскольчатую форму с размером 0,35-12 мкм, основное число частиц (около 70%) имеет размер 0,45-4 мкм, при больших увеличениях наблюдаются частицы округлой формы с размером 8-12 мкм.
Частицы углерода, полученные, из отходов овса (см. рис. 5.4.) имеют, крупенчатую форму с размером 0,12-9 мкм, где превалирующее число частиц (около 80%) имеет размер 0,25-1,5 мкм, в данной структуре наблю-дается агломерация частиц.
Частицы углерода, полученные, из листьев чая (см. рис. 5.5.) имеют крупенчатую форму с размером 0,10-5 мкм, основное число частиц (около 85%) имеет размер 0,10-1 мкм, в данной структуре наблюдается агломерация частиц.
Частицы углерода, полученные, из зерен кукурузы (см. рис. 5.6.) имеют крупенчатую форму с размером 0,2-8 мкм, основное число частиц (около 75%о) имеет размер 0,2-1,5 мкм, при больших увеличениях (в 20000 раз) наблюдаются частицы округлой формы.
Частицы углерода, полученные, из зерен риса (см. рис. 5.7.) имеют оскольчато-пластинчатую форму с размером 0,25-11 мкм, превалирующее число частиц (около 75%) имеет размер 0,35-1,5 мкм, при больших увеличениях наблюдаются частицы округлой и глобулярной формы.
Частицы углерода, полученные, из отходов гречихи (см. рис. 5.8.) имеет крупенчатую форму с размером частиц 0,15-9 мкм, основное число частиц (около 80% ) имеет размер от 0,25-2,5 мкм.
Частицы углерода, полученные, из отходов семян подсолнечника (см. рис. 5.9.) имеют чешуйчатую форму частиц с размером 0,3-12 мкм, основное число частиц (около 75%) имеет размер 0,45-2,5 мкм, при больших увеличениях (в 20000 раз) наблюдаются частицы округлой и глобулярной формы, а также агломерация частиц.
По данным рентгенофазового анализа (см. рис. 5.10.) модификации углерода полученные при температуре 900 С из отходов пшеницы, овса, гречихи, зерен кукурузы и риса, семян подсолнечника, свекольного сахара, имеют рентгеноаморную структуру с включениями железа. Модификации углерода, полученные из бобов кофе и листьев чая имеют также рентге-ноаморфную структуру с включениями фаз: модификация из бобов кофе:
Fe203, Fe304, MgO, CaS из отходов чая содержит фазу СаСОз и примеси железа. Рентгеноаморфность связана с температурным режимом получения модификаций углерода. Наличие фаз входящих в состав углеродных модификаций: Fe203, Рез04, MgO, CaS, СаСОз связана вероятней всего с особенностями органического и минерального составов, данного растительного сырья.
Методом полуколичественного эмиссионного спектрального анализа было показано (см. табл. 5.12.), что полученные высокодисперсные углеродные порошки содержат включения различных химических элементов: хрома, железа, алюминия, титана, меди, никеля, цинка, магния, марганца, калия, натрия, а также фосфора и кремния.
Содержание металлов помимо особенностей состава растительного сырья, из которого были получены данные модификации углерода, обусловлено также тем, что образцы углерода подвергали процессу механоак-тивации, и такие металлы как железо и хром могли попасть в продукт в результате износа материала реактора и размольных шаров.
Исследование удельной поверхности порошка и структуры поверхности частиц (см. табл. 5.3-5.12.) позволяет говорить о том, что полученные углеродные порошки имеют высокоразвитые поверхности и могут быть эффективными анодными матрицами для литий-ионных (полимерных) аккумуляторов.
Измерение насыпной и физической плотности (см. табл. 5.1-5.2.) показало, что синтезированные модификации углерода имеют близкие значения величин с коммерческими анодными материалами; значение насыпной плотности находиться в пределах от 0,90 до 1,10 г/см , физической плотности: от 2,02 до 2,14 г/см3 и зависит от вида растительного сырья, из которого была получена данная модификация.
