УСТОЙЧИВАЯ ПЕРЕРАБОТКА СТРУЖКИ ФЕРРОСИЛИЦИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ В ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ КРЕМНИЙ-УГЛЕРОДНЫЕ АНОДЫ

Аннотация

Аннотация. Актуальность исследования связана с необходимостью устойчивой переработки металлургических отходов и разработки высокоэффективных анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Ферросилициевая стружка, образующаяся на металлургических предприятиях, относится к кремнийсодержащим промышленным отходам, однако часто используется недостаточно эффективно или перерабатывается с низкой добавленной стоимостью. Благодаря высокой теоретической удельной ёмкости кремний рассматривается как перспективная альтернатива традиционным графитовым анодам. Целью работы является разработка способа получения кремний-углеродных композитных анодных материалов путём прямой переработки ферросилициевой стружки. В ходе исследования применялись предварительная очистка исходного сырья, высокоэнергетическое механохимическое измельчение, селективная кислотная обработка, формирование углеродного покрытия на основе органических прекурсоров и последующие электрохимические испытания. Структура, фазовый состав и свойства полученных материалов изучались методами SEM, TEM, XRD, Raman-спектроскопии, TGA, EDS, циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда-разряда и электрохимической импедансной спектроскопии. Результаты показали, что начальная разрядная ёмкость синтезированного FSC-композита достигает 1488 мА·ч/г, а после 100 циклов сохраняется до 86 % ёмкости. Кроме того, материал продемонстрировал улучшенные скоростные характеристики по сравнению с исходным ферросилицием и коммерческим кремнием. Повышение электрохимических свойств объясняется синергетическим эффектом углеродной матрицы и фаз FeSiₓ, повышающих электропроводность и стабилизирующих объёмное расширение кремния при циклировании. Практическая значимость работы заключается в возможности рациональной переработки металлургических отходов, снижения себестоимости анодных материалов и развития принципов циркулярной экономики в области материалов для накопления энергии. Предложенный подход также способствует уменьшению экологической нагрузки, расширению сырьевой базы для аккумуляторной промышленности и созданию более доступных технологий получения стабильных электродных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для современных систем хранения и преобразования энергии в целом.