Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65198910.31857/S268695352260074XEWASMUCHEMISTRYХИМИЯSINGLE-, DOUBLE- AND MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES AS ELECTRICALLY CONDUCTIVE ADDITIVES IN LITHIUM-ION BATTERY CATHODESОдно-, дву- и многостенные углеродные нанотрубки как электропроводящие добавки в катоды литий-ионных аккумуляторовBabkinA. V.БабкинА. В.A.V.Babkin93@yandex.ruKubarkovA. V.КубарьковА. В.evgeny.antipov@gmail.comDrozhzhinO. A.ДрожжинО. А.evgeny.antipov@gmail.comUrvanovS. A.УрвановС. А.evgeny.antipov@gmail.comFilimonenkovI. S.ФилимоненковИ. С.evgeny.antipov@gmail.comTkachevA. G.ТкачевА. Г.evgeny.antipov@gmail.comMordkovichV. Z.МордковичВ. З.evgeny.antipov@gmail.comSergeyevV. G.СергеевВ. Г.evgeny.antipov@gmail.comAntipovE. V.АнтиповЕ. В.evgeny.antipov@gmail.comDepartment of Chemistry, Lomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Химический факультетTechnological Institute for Superhard and Novel Carbon MaterialsГосударственный научный центр Российской Федерации “Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов”Tambov State Technical UniversityФГБОУ ВО “Тамбовский государственный технический университет”Skolkovo Institute of Science and TechnologyСколковский институт науки и технологий010120235081263402022025Copyright ©; 2023, А.В. Бабкин, А.В. Кубарьков, О.А. Дрожжин, С.А. Урванов, И.С. Филимоненков, А.Г. Ткачев, В.З. Мордкович, В.Г. Сергеев, Е.В. АнтиповCopyright ©; 2023, А.В. Бабкин, А.В. Кубарьков, О.А. Дрожжин, С.А. Урванов, И.С. Филимоненков, А.Г. Ткачев, В.З. Мордкович, В.Г. Сергеев, Е.В. Антипов2023А.В. Бабкин, А.В. Кубарьков, О.А. Дрожжин, С.А. Урванов, И.С. Филимоненков, А.Г. Ткачев, В.З. Мордкович, В.Г. Сергеев, Е.В. АнтиповА.В. Бабкин, А.В. Кубарьков, О.А. Дрожжин, С.А. Урванов, И.С. Филимоненков, А.Г. Ткачев, В.З. Мордкович, В.Г. Сергеев, Е.В. Антиповhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651989

The paper presents a comparative study of the characteristics of lithium iron phosphate positive electrodes with various types of commercially available carbon nanotubes – single-walled (SWCNT), double-walled (DWCNT) and multi-walled (MWCNT). Electrochemical characteristics of the cathode materials were investigated using electrochemical impedance spectroscopy and galvanostatic charge/discharge measurements. Cyclic stability at various current densities was estimated. The best electrochemical characteristics are exhibited by cathode materials with SWCNT (advantage over DWCNT at discharge rates higher than 10C) and DWCNT (advantage over SWCNT during prolonged cycling). During cycling at a current density of 1C, the greatest loss of capacity was demonstrated by the MWCNT-based electrode. At the same time, the electrodes with SWCNT and DWCNT demonstrated satisfactory capacity retention after 50 charge/discharge cycles: over 94 and over 98%, respectively.

В работе проведено сравнительное исследование характеристик положительных электродов на основе феррофосфата лития, содержащих добавки различных типов коммерчески доступных углеродных нанотрубок – одностенных (ОУНТ), двустенных (ДУНТ) и многостенных (МУНТ). Электрохимические характеристики катодных материалов были исследованы с помощью спектроскопии электрохимического импеданса и гальваностатического заряда/разряда. Оценена циклическая устойчивость при различных плотностях тока. Наилучшими электрохимическими характеристиками обладают катодные материалы с ОУНТ (преимущество перед ДУНТ при высоких скоростях разряда от 10С) и ДУНТ (преимущество перед ОУНТ при длительном циклировании) в составе. При длительном циклировании при плотности тока 1С наибольшую потерю емкости демонстрирует электрод на основе МУНТ. При этом электроды с ОУНТ и ДУНТ демонстрируют удовлетворительное сохранение емкости после 50 циклов заряда/разряда: свыше 94 и свыше 98% соответственно.

lithium-ion batteryconductive additivecarbon nanotubeselectrical conductivityлитий-ионный аккумуляторпроводящая добавкауглеродные нанотрубкиэлектропроводностьNatarajan S., Aravindan V. // ACS Energy Lett. 2018. V. 3. № 9. P. 2101–2103. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b01233Heidari E.K., Kamyabi-Gol A., Sohi M.H., Ataie A. // J. Ultrafine Grained Nanostruct. Mater. 2018. V. 51. № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.22059/JUFGNSM.2018.01.01Satyavani T.V.S.L, Ramya Kiran B., Rajesh Kumar V., Srinivas Kumar A., Naidu S.V. // Eng. Sci. Technol., Int. J. 2016. V. 19. № 1. P. 40–44. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2015.05.011Shih J., Lin G., James Li Y., Tai-Feng Hung, Rajan J., Karuppiah C., Chun-Chen Y. // Electrochim. Acta. 2022. V. 419. 140356. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.140356Rajoba S.J., Jadhav L.D., Patil P.S., Tyagi D.K., Varma S., Wani B.N. // J. Electron. Mater. 2017. V. 46. P. 1683–1691. https://doi.org/10.1007/s11664-016-5212-zZhou X., Wang F., Zhu Y., Liu Z. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 3353–3358. https://doi.org/10.1039/C0JM03287ELiu T., Sun S., Zhao Z., Li X., Sun X., Cao F., Wu J. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 20882–20887. https://doi.org/10.1039/C7RA02155KQi X., Blizanac B., DuPasquier A., Miodrag Ol., Li J., Winter M. // Carbon. 2013. V. 64. P. 334–340. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.07.083Ji X., Mu Y., Liang J., Jiang T., Zeng J., Lin Z., Lin Y., Yu J. // Carbon. 2021. V. 176. P. 21–30. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.01.128Juarez-Yescas C., Ramos-Sánchez G., González I. // J. Solid State Electrochem. 2018. V. 22. P. 3225–3233. https://doi.org/10.1007/s10008-018-4021-0Chen Y., Zhang H., Chen Y., Qin G., Lei X., Liu L. // Mater. Sci. Forum. 2018. V. 913. P. 818–830. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.913.818Fiyadh S.S., AlSaadi M.A., Jaafar W.Z., AlOmar M.Kh., Fayaed S.S., Mohd N.S., Hin L.S., El-Shafie A. // J. Cleaner Prod. 2019. V. 230. P. 783–793. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.154Zhang R., Zhang Y., Zhang Q., Xie H., Qian W., Wei F. // ACS Nano. 2013.V. 7. № 7. P. 6156–6161. https://doi.org/10.1021/nn401995zGarg A., Chalak H.D., Belarbi M-O., Zenkour A.M., Sahoo R. // Compos. Struct. 2021. V. 272 P. 114234. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114234Zhang S., Hao A., Nguyen N., Oluwalowo A., Liu Z., Dessureault Y., Gyu J.P., Liang R. // Carbon. 2019. V. 144. P. 628–638. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.12.091Li J., Ma P., Chow W., To C., Tang B. Kim J.-K. // Adv. Funct. Mater. 2007. V. 17. P. 3207–3215. https://doi.org/10.1002/adfm.200700065Wang K., Wu Y., Luo S., He X., Wang J., Jiang K., Fan S. // J. Power Sources. 2013. V. 233. P. 209–215. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.01.102Belharouak I., Johnson C., Amine K. // Electrochem. Commun. 2005. V. 7. № 10. P. 983–988. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2005.06.019Filimonenkov I.S., Urvanov S.A., Zhukova E.A., Karae-va A.R., Skryleva E.A., Mordkovich V.Z., Tsirlina G.A. // J. Electroanal. Chem. 2018. V. 827. P. 58–63. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2018.09.004Filimonenkov I.S., Urvanov S.A., Kazennov N.V., Tarelkin S.A., Tsirlina G.A., Mordkovich V.Z. // J. Appl. Electrochem. 2022. V. 52. P. 487–498. https://doi.org/10.1007/s10800-021-01652-zMeddings N., Heinrich M., Overney F., Lee J.S., Ruiz V., Napolitano E., Seitz S., Hinds G., Raccichini R., Gaberšček M., Park J. // J. Power Sources. 2020. V. 480. P. 228742. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228742Zhao N., Zhi X., Wang L., Liu Y., Liang G. // J. Alloys Compd. 2015. V. 645. P. 301–308. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.05.097Jin B., Gu H.B., Zhang W., Park K.H., Sun G. // J. Solid State Electrochem. 2008. V. 12. P. 1549–1554. https://doi.org/10.1007/s10008-008-0509-3Wei X., Guan Y., Zheng X., Zhu Q., Shen J., Qiao N., Zhou S., Xu B. // Appl. Surf. Sci. 2018, V. 440. P. 748–754. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.01.201Tian R., Alcala N., O’Neill S.J., Horvath D.V., Coelho J., Griffin A.J., Zhang Y., Nicolosi V., O`Dwyer C., Cole-man J.N. // ACS Appl. Energy Mater. 2020. V. 3. № 3. P. 2966–2974. https://doi.org/10.1021/acsaem.0c00034Dreyer W., Jamnik J., Guhlke C., Huth R., Moskon J., Gaberscer M. // Nat. Mater. 2010. V. 9. P. 448–453. https://doi.org/10.1038/nmat2730Fu Y., Wei Q., Zhang G., Zhong Y., Moghimian N., Tong X., Sun S. // Materials. 2019. V. 12. P. 842. https://doi.org/10.3390/ma12060842Zeng H., Ji X., Tsai F., Zhang Q., Jiang T., Li R. K.Y., Shi H., Luan S., Shi D. // Solid State Ionics. 2018. V. 320. P. 92–99. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2018.02.040Li J., Ma P., Chow W., To C., Tang B., Kim J.-K. // Adv. Funct. Mater. 2007. V.17. P. 3207–3215. https://doi.org/10.1002/adfm.200700065Liu X-M., Huang D.Z., Oh S.-W., Zhang B., Ma P.-C., Yuen M.M.F., Kim J.‑K. // Compos. Sci. Technol. 2012. V. 72. № 2. P. 121–144. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.11.019Napolskiy F., Avdeev M., Yerdauletov M., Ivankov O., Bocharova S., Ryzhenkova S., Kaparova B., Mirono-vich K., Burlyaev D., Krivchenko V. // Energy Technol. 2020. V. 8. № 6. P. 2000146. https://doi.org/10.1002/ente.202000146Yoo J.-K., Oh Y., Park T., Lee K.E., Um M.-K., Yi J.-W. // Energy Technol. 2019. V. 7. № 5. 1800845. https://doi.org/10.1002/ente.201800845