Hard carbon — anode material for metal-ion batteries

Abstract

Развитие крупногабаритных систем хранения энергии на основе зарекомендовавших себя литий-ионных аккумуляторов осложняется высокой стоимостью лития. В связи с этим разрабатываются аналоги на основе других щелочных металлов (натрия и калия). Среди различных вариантов отрицательного электрода (анода) для таких аккумуляторов наиболее перспективными являются углеродные материалы; в частности, особый интерес представляет неграфитизируемый углерод. Настоящий обзор посвящен современному состоянию дел в области исследований структуры, состава, методов получения и анализа, а также свойств этого типа материалов. Описание микроструктуры неграфитизируемого углерода — крайне неоднозначная и окончательно не решенная задача, в связи с чем особое внимание в обзоре уделено различным структурным моделям. Кроме того, систематизированы методы синтеза и проанализированы результаты исследований физико-химических свойств неграфитизируемого углерода. Выявлены взаимосвязи между методом получения материала, его характеристиками и электрохимическими свойствами в металл-ионных аккумуляторах. Проведено сравнение большого массива результатов электрохимических исследований, систематизированы представления о механизме электрохимического взаимодействия катионов Na+ и K+ с неграфитизируемым углеродом, а также показаны существующие на сегодняшний день противоречия в различных моделях.