SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES
In the work, a bimetallic cobalt-titanium oxide CoTiO3 with a perovskite structure was synthesized by a simple method of spontaneous hydrolysis with subsequent thermal annealing. The influence of the presence of hydrogen peroxide during synthesis and annealing temperature on the phase composition,...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2026
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/778 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466229017870336 |
|---|---|
| author | Shmatok, Yurii Globa, Nataliy Lisnycha, Tatyana Pershina, Katherine |
| author_facet | Shmatok, Yurii Globa, Nataliy Lisnycha, Tatyana Pershina, Katherine |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Yurii Shmatok",
"institution": "Joint Department of Electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Nataliy Globa",
"institution": "Joint Department of Electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Tatyana Lisnycha",
"institution": "Joint Department of Electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Katherine Pershina",
"institution": "Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry N.A.S of Ukraine, Kiev, Palladin av., 32\/34,03142 Ukraine"
}
] |
| author_sort | Shmatok, Yurii |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:57Z |
| description | In the work, a bimetallic cobalt-titanium oxide CoTiO3 with a perovskite structure was synthesized by a simple method of spontaneous hydrolysis with subsequent thermal annealing. The influence of the presence of hydrogen peroxide during synthesis and annealing temperature on the phase composition, structural, morphological and surface characteristics of the obtained materials was studied using X-ray phase analysis, scanning electron microscopy and porometry. It was shown that the formation of the crystalline phase of perovskite CoTiO3 occurs at annealing temperatures of 500 °C and above. Increasing the annealing temperature from 400 to 800 °C leads to particle enlargement from ~50 nm to 200–400 nm and a concomitant increase in crystallinity. The electrochemical properties of CoTiO3 were studied by galvanostatic cycling in half-cells with lithium and sodium anodes in the voltage range of 0.01–3 V and current densities from 0.1 to 5 A/g. It was found that the increase in crystallinity of CoTiO3 due to an increase in the annealing temperature to 800 °C has a positive effect on the stability of the specific capacity, improves the rate characteristics and reduces the number of activation charge-discharge cycles. In lithium-ion cells, the maximum specific capacity of CoTiO3, which reaches 218 mAh/g after 190 cycles at a current density of 0.1 A/g, and the best stability during cycling and discharge at high current densities are characteristic of samples annealed at a temperature of 800 °C. The specific capacity of CoTiO3 in the sodium-ion system is almost 2 times lower and is less dependent on the annealing temperature. It is shown that the nature of the alkali metal cation significantly affects the capacitive and kinetic characteristics of CoTiO3, respectively, the better electrochemical properties of CoTiO3 in the lithium system are associated with a higher diffusion ability and smaller kinetic limitations of the Li+ cation compared to the larger Na+ cation. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.92.4.2026.29-51 |
| first_indexed | 2026-06-04T01:00:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
29
УДК 621.355+544.65 doi: 10.33609/2708-129X.92.4.2026.29-51
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ
МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВ
Ю. В. Шматок* https://orcid.org/0000-0001-7477-9297
Н. І. Глоба https://orcid.org/0000-0001-8547-6822
Т. В. Ліснича https://orcid.org/0000-0002-9541-7241
К. Д. Першина https://orcid.org/0000-0003-3173-0690
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В. І. Вернадського
Національної академії наук України,
просп. Академіка Палладіна, 32/34, м. Київ 03142, Україна
*e-mail: yu.shmatok@gmail.com
У роботі простим методом самовільного гідролізу в поєднанні з подальшим терміч-
ним відпалом синтезовано біметалічні оксиди кобальту і титану CoTiO3 зі структурою
перовськіту. Методами рентгенофазового аналізу, сканувальної електронної мікроско-
пії та порометрії досліджено вплив температури відпалу на фазовий склад, кристаліч-
ну структуру, морфологію та поверхневі характеристики отриманих матеріалів. Елект
рохімічні властивості CoTiO3 досліджено методом гальваностатичного циклування в
напівелементах із літієвим і натрієвим анодами в діапазоні густин струму від 0,1 до
5 А/г. Встановлено, що зростання кристалічності CoTiO3 внаслідок збільшення тем-
ператури відпалу до 800 °С позитивно впливає на стабільність питомої ємності, по-
кращує швидкісні характеристики та зменшує кількість активаційних циклів заряду/
розряду. Показано, що природа катіона лужного металу суттєво впливає на ємнісні та
кінетичні характеристики CoTiO3, а інтеркаляція іонів літію відбувається з меншими
кінетичними обмеженнями порівняно з іонами натрію.
Ключові слова: СоТіО3, структура перовськіту, анодний матеріал, літій-іонний аку-
мулятор, натрій-іонний акумулятор.
30 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
ВСТУП. Актуальність досліджень, спря-
мованих на розроблення анодів для літій- та
натрій-іонних акумуляторів, зумовлена не-
обхідністю створення нових активних ма-
теріалів із підвищеною питомою ємністю,
щільністю енергії та покращеною цикліч-
ністю [1–4]. Перспективним напрямком є
розроблення анодних матеріалів на основі
оксидів, переваги яких полягають у їхній
відносно високій та стабільній питомій
ємності при циклуванні за низьких та ви-
соких густин струму розряду/заряду [1–6].
Також важливою характеристикою оксидів
є можливості їхнього використання як у
літій-іонних, так і натрій-іонних акумуля-
торах. Склад оксиду, його структура та по-
верхневі властивості є основними факто-
рами, що визначають їхню ємність, діапа-
зон напруг розряду/заряду, зворотність та
ресурсні характеристики. Не дивлячись на
значну кількість робіт, присвячених цьому
напрямку, удосконалення методів синтезу,
модифікування поверхні та зміна морфо-
логії частинок оксидів дають змогу впли-
вати на їхні електрохімічні властивості та
регулювати їх. При цьому перевагу нада-
ють гібридним структурам, які складають-
ся з двох або більше оксидів, що існують у
вигляді композитів, структур типу «ядро –
оболонка», або можуть бути використани-
ми для синтезу сполук із новою контрольо-
ваною структурою. Тому роботи, пов’язані
з розробленням та створенням електродів
на основі оксидних композиційних матері-
алів залишаються актуальними як із науко-
вої, так і прикладної точки зору.
У численних працях відзначено, що по-
єднання кількох оксидів [7–12] або оксидів
та вуглецевих матеріалів [13–15] сприяє от-
риманню покращених електрохімічних ха-
рактеристик таких композитних електро-
дів порівняно з індивідуальними оксидами,
що досягається поєднанням властивос-
тей кожного із компонентів. Враховуючи
це, перспективними для використання як
анодних матеріалів для літій- та натрій-іон-
них акумуляторів є біметалічні титанати зі
структурою перовськіту (MTiO3, де M=Ni,
Co, Mn), які поєднують у собі властивості
ТіО2 та відповідних оксидів перехідних ме-
талів [5, 6, 16, 17].
Для синтезу перовськітів відомо вико-
ристання таких методів, як золь-гель [18–
20], гідротермальний [21], термічний [22]
топохімічний [23], електроформування [19,
24] та сольвотермічний [25–28]. Широкий
спектр методів синтезу дозволяє отриму-
вати перовськіти з регульованою структу-
рою, морфологією та поверхневими харак-
теристиками, які сприяють покращенню їх-
ніх ємнісних та кінетичних характеристик
у джерелах струму.
Серед матеріалів цього типу одним із
найбільш перспективних є титанат кобаль-
ту CoTiO3 [20, 22, 23]. Основними його не-
доліками є низька електронна провідність
та відносно низька циклувальна здатність.
Ефективним шляхом вирішення цих про-
блем є контрольований дизайн частинок у
формі унікальних мікро-, наноструктур, та-
ких як волокна [24], стрижні [25, 26], часто
з розвиненою мезопоруватою природою
поверхні [26], або створення композитів з
іншими оксидами [23] чи вуглецевими ма-
теріалами [20, 28]. Завдяки цьому отримані
матеріали характеризуються підвищеною
структурною стабільністю та покраще-
ним іонним та електронним транспортом.
Це сприяє отриманню високих електрохі-
мічних характеристик CoTiO3 як у літієвій,
так і в натрієвій системах, що підтверджу-
ється даними, наведеними в таблиці 1.
31https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
Табл. 1
Електрохімічні характеристики перовськіту CoTiO3 в літій-іонній та натрій-іонній
системах
Table 1.
Electrochemical characteristics of perovskite CoTiO3 in lithium-ion and sodium-ion
systems.
Матеріал,
морфологія,
система
(Li або Na)
Метод
синтезу
Ємність за
мінімального
струму, мАгод/г
(густина
струму)
Збереження
ємності
(кількість
циклів / густина
струму)
Ємність за
максимального
струму, мАгод/г
(густина
струму)
Посилання
CoTiO3/C,
гексагональні
мікропризми, Na
ЗГ1 210
(100 мА/г)
89%
(1000/1 А/г)
86
(2000 мА/г) [20]
CoTiO3/C,
гексагональні
мікропризми, Li
ЗГ1 233
(500 мА/г)
94%
(1800/5 А/г)
128
(5000 мА/г) [20]
CoTiO3,
мікрострижні, Na Розч.2 202
(0,1 А/г)
94%
(500/300 мА/г)
44
(3 А/г) [22]
CoTiO3/TiO2,
мезокристалічний
нанокомпозит, Li
ТХ3 400
(100 мА/г)
100%
(500/1 А/г)
~130
(5 A/г) [23]
CoTiO3,
нановолокна, Li ЕФ4 637
(100 мА/г)
600 мАгод/г
(1200/100 мА/г)
428
(2 А/г) [24]
CoTiO3,
мікрострижні, Li СТ5 503
(100 мА/г)
100%
(200/100 мА/г)
171
(2А/г) [25]
CoTiO3,
мезопоруваті
гексагональні
мікропризми, Na
СТ5 161
(250 мА/г)
90%
(2000/5 А/г) 72 (5 А/г) [26]
Nb-допований
CoTiO3,
гексагональні
мікропризми, Li
СТ5 694
(100 мА/г)
233 мАгод/г
(100/100 мА/г)
82
(1600 мА/г) [27]
Ni0.05Co0.95TiO3/С,
гексагональні
мікропризми, Li
СТ5 1015
(100 мА/г)
273 мАгод/г
(340/500 мА/г)
182
(1600 мА/г) [28]
1 – золь-гель, 2 – синтез із розчину, 3 – топохімічний, 4 – електроформування, 5 – сольвотермальний
32 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
Із метою створення ефективних анодних
матеріалів, здатних функціонувати як у лі-
тій-іонній, так і в натрій-іонній системах,
у цій роботі розглянуто фізико-хімічні та
електрохімічні характеристики біметаліч-
них оксидів СоТіО3 зі структурою перов-
ськіту, синтезованих методом самовільного
гідролізу. Досліджено вплив температури
відпалу на фазовий склад, структурні, мор-
фологічні та поверхневі характеристики
синтезованих матеріалів. Методом гальва-
ностатичного циклування визначено єм-
нісні циклічні та швидкісні характеристи-
ки одержаних зразків СоТіО3 в літієвих та
натрієвих елементах.
ЕКСПЕРИМЕНТ ТА ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Зразки перовськітів CoTiO3
було синтезовано методом співосадження
за рахунок реакції самовільного гідролізу
з подальшим відпалом за різних темпера-
тур. При синтезі використовували 1М-роз-
чини хлориду титану (TiCl4) та нітрату
кобальту Co(NO3)2 за їхнім еквімолярним
співвідношенням 1:1. Як осаджувач вико-
ристовували 2М-розчин гідроксиду літію
(LiOH). Всі реактиви не нижче кваліфіка-
ції «х. ч.». У першому випадку до розчину
солей титану та кобальту додавали розчин
LiOH, у результаті чого утворювався осад
гідроксидів/оксигідроксидів титану та дво-
валентного кобальту. За другою схемою
до вихідного розчину солей додавали 35%
розчину перекису водню, в результаті чого
розчин набував темно-червоного кольору,
що вказувало на утворення перекисного
титану та пероксокомплексів тривалентно-
го кобальту. За подальшого додавання роз-
чину LiOH утворювався осад гідроксидів/
оксигідроксидів титану та кобальту. Отри-
мані за обома схемами осади відмивали ди-
стильованою водою від солей нейтралізації
(LiNO3 і LiCl) до встановлення нейтрально-
го рН і сушили за температури 100 °С упро-
довж 10 год. Після сушки отримані без та за
участі перекису водню зразки мали, відпо-
відно, сіро-зелений та коричневий кольо-
ри, що вказує на відмінності у валентності
кобальту (рис. S1). Потім сухі продукти від-
палювали за температур від 400 до 800 °С
упродовж 8 год для утворення перовськіту
СоТіО3.
Дослідження термічних ефектів та втра-
ти маси було проведено методом термо-
гравіметричного аналізу (ТГА) на дери
ватографі Q1500D Mettler TA4000 за швид-
кості нагріву 10 °С/хв. Метод ТГА дозволив
визначити не тільки зміну вагових харак-
теристик синтезованих порошків залеж-
но від температури, а й температури, що
відповідали утворенню нових фаз. Для
рентгено-фазового аналізу (РФА) вико-
ристовували дифрактометр «ДРОН 4-07»
із Cu-Kα-випромінюванням за кроку реє-
страції 0,05 град. Розміри кристалітів роз-
раховували за рівнянням Шеррера за піком
(104). Питому поверхню, об’єм пор та їх-
ній розподіл за радіусом для синтезованих
зразків було визначено методом адсорбції/
десорбції азоту з використанням приладу
ASAP 2000. Морфологію поверхні та розмі-
ри частинок досліджували методом скану-
вальної електронної мікроскопії (СEM) нa
мікроскопі JSM 6700F (JEOL, Японія).
Електрохімічні дослідження проводили
в елементах типорозміру CR2016 з анодом
із металічного літію або натрію. Робочий
електрод складався з активного матеріалу
(СоТіО3), електропровідної добавки Timcal
Super P carbon black та сполучника полівініл
ідендифториду (ПВДФ, Solef 6020, Solvay)
33https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
за їхнього масового співвідношення 7:2:1.
Суху суміш Super P та активного матеріалу
порціями додавали до попередньо приго-
товленого розчину ПВДФ у N-метилпіро-
лідоні (99 %, Aldrich) та перемішували на
високообертовій мішалці (~2500 об/хв.) до
стану однорідної суспензії, яку наносили на
поверхню алюмінієвої (δAl = 20 мкм) та мід-
ної (δCu = 9 мкм) фольги з вуглецевим елект
ропровідним шаром товщиною 12 мкм,
відповідно для досліджень у натрієвій та
літієвій системах. Отримані електроди су-
шили за температури 60 °С до видалення
розчинника, ущільнювали та вирубували
диски з площею поверхні 2 см2, які сушили
у вакуумі за температури 120 °С протягом
6–7 годин. Поліпропіленову плівку Celgard
2400 було використано як сепаратор для
розділення катодного та анодного просто-
ру. Як електроліт у літієвих елементах ви-
користовували 1М-розчин LiN(CF3SO2)2
(LiTFSI, 99,9%, Aldrich) у суміші розчин-
ників етиленкарбонат (ЕК, 98%, Aldrich),
диметилкарбонат (ДМК, 99%, Aldrich) та
фторетиленкарбонат (ФЕК, 98%, Alfa Aesar)
за їхнього об’ємного співвідношення 4:5:1.
Для натрієвих елементів використовували
1М-розчин NaClO4 в аналогічній суміші
розчинників. Роботи, пов’язані зі збері-
ганням електродів, виготовлення та збе-
рігання електролітів, складання елементів
проводили в сухих рукавичних боксах в
атмосфері аргону. Гальваностатичні випро-
бування виконували на установці Battery
Testing System (Neware, Китай) у діапазоні
напруг циклування 0,01–3 В за різних гус-
тин струму. Циклування вели за темпера-
тури 30±0,5 °С.
Дериватограми осадів, отриманих без та
в присутності Н2О2 і попередньо висушених
за температури 100 °С, демонструють, що у
обох випадках основна втрата маси відбу-
вається в результаті видалення кристаліза-
ційної води та розкладання гідроксильних
груп (див. рис. S2). Максимальна інтен-
сивність процесу відповідає температурі
120–130 °С, а сам процес розтягнутий до
температури близько 300 °С і має дещо різ-
ні профілі, що пов’язано з різним ступенем
окиснення іонів кобальту в осадах. За по-
дальшого збільшення температури втрата
маси зразків суттєво сповільнюється. На
дериватограмі зразка, отриманого без до-
давання Н2О2, спостерігаємо незначний
екзотермічний пік в інтервалі температур
560–600 °С, який може бути пов’язаний з
окисненням Со2+ до Со3+. Кристалізація
СоТіО3 завершується за температури близь-
ко 700 °С. Цьому у обох випадках передує
незначна втрата маси. За цієї температури
порошки повністю набувають характерно-
го для перовськіту СоТіО3 темно-зеленого
кольору (рис. S1).
Вплив температури відпалу на фазовий
склад синтезованих зразків було визначено
методом рентгенофазового аналізу, резуль-
тати якого представлено на рис. 1. Харак-
тер отриманих дифрактограм суттєво зале-
жить від температури відпалу. Відсутність
піків за 400 °С свідчить про аморфний стан
продуктів. Піки кристалічних фаз з’явля-
ються за температур відпалу від 500 °С. Ос-
новні рефлекси за кутів 2θ 24,0°, 32,9°, 35.5°,
40,6°, 49,1°, 53,6°, 57,0°, 62,0° і 63,7° відпо-
відають відбиттям від площин кристалу
(012), (104), (110), (113), (024), (116), (018),
(214) і (300) і належать фазі СоТіО3, яка має
гексагональну структуру перовськіту (іль-
меніту) і належить до просторової групи R3
(JCPDS 72-1069). Окрім основної фази на
34 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
дифрактограмах також присутні незначні
додаткові піки, які належать ТіО2 (рутил) та
Со3О4. Із подальшим збільшенням темпера-
тури відпалу відносна інтенсивність піків
СоТіО3 зростає, що вказує на підвищення
кристалічності матеріалу. При цьому інтен-
сивність піків домішок зменшується. Фазо-
вий склад зразків не залежить від шляху
синтезу, але у разі використання Н2О2 кіль-
кість домішки ТіО2 є дещо більшою.
Рис. 1. Рентгенівські дифрактограми за різних температур відпалу для зразків СоТіО3,
отриманих (а) без та (б) в присутності Н2О2
Fig. 1. X-ray diffraction patterns at different annealing temperatures for CoTiO3
samples obtained (а) without and (б) in the presence of H2O2.
Масові частки CoTiO3 і TiO2 у зразках
було оцінено методом відносних коефіці-
єнтів інтенсивності (reference intensity ratio,
RIR) за даними РФА, використовуючи рів-
няння 1 [29]:
XCTO – 1/[1 + (kCTOITO)/(kTOICTO)] (1)
де XCTO – масова частка СоТіО3, ITO і ICTO –
інтенсивності основних дифракційних пі-
ків відповідно для ТіО2 і СоТіО3, kCTO і kTO –
еталонні співвідношення інтенсивностей
відповідно для СоТіО3 і ТіО2, які згідно з
даними [30] становлять kCTO = 2,81 і kTO =
3,68. Так, масова частка СоТіО3 у зразках,
відпалених за 700 і 800 °С, без Н2О2 стано-
вить відповідно 89 і 90,6 %, а у випадку син-
тезу з Н2О2 –78,3 і 79,2 % відповідно.
Розраховані за даними РФА параметри
кристалічної ґратки (а, b, c), об’єм елемен-
тарної комірки (V) та розміри кристалі-
тів (d104) для зразків СоТіО3, отриманих
за різної температури відпалу, наведено в
табл. 2. Надані значення параметрів ґратки
є типовими для сполуки СоТіО3. Незначне
збільшення відповідних параметрів, яке
відбувається за переходу до вищих темпе-
ратур відпалу, зумовлено ущільненням ма-
теріалу внаслідок спікання частинок. При
збільшенні температури відпалу від 500 до
800 °С розміри кристалітів збільшуються
приблизно у 1,5 рази.
35https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
Табл. 2
Структурні параметри зразків СоТіО3
Table 2.
Structural parameters of CoTiO3 samples.
Температура
відпалу, °С a, b, Å c, Å V, Å3 d104, нм
синтез без Н2О2
500 5,066 13,916 309,3 21,4
600 5,063 13,919 309,0 21,8
700 5,063 13,911 308,8 33,6
800 5,061 13,911 308,5 33,7
синтез з Н2О2
700 5,063 13,928 309,2 33,8
800 5,059 13,923 308,5 36,4
Мікрофотографії зразків СоTiO3, отри-
маних після відпалу за різної температури,
представлено на рис. 2. Для обох шляхів
синтезу (без та в присутності Н2О2) за од-
накових температур морфологія та розміри
частинок є практично ідентичними. Отри-
мані після відпалу за температури 400 °С
оксиди, які за даними РФА знаходяться у
аморфному стані, складаються з частинок
розміром менше 50 нм, які утворюють пору-
ваті агломерати. Підвищення температури
відпалу до 600 °С призводить до мінімально-
го збільшення розміру частинок, які разом
із цим набувають більш чітких контурів, що
є результатом їхньої кристалізації і узгоджу-
ється з результатами РФА. Подальше підви-
щення температури відпалу до 800 °С спри-
чиняє більш відчутне укрупнення частинок
до 200–400 нм у результаті їхнього спікання.
На рис. 3 та у табл. 3 представлено резуль-
тати порометричних досліджень зразків
СоТіО3 після відпалу за різних температур.
Зміна ізотерм адсорбції/десорбції при під-
вищенні температури відпалу (див. рис. S3),
а саме зменшення гістерезисної петлі та за-
гального об’єму адсорбованого азоту, свід-
чить про еволюцію пористої структури
матеріалу та укрупнення частинок. За міні-
мальної температури 400 °С для отриманого
матеріалу є характерною чітко виражена ме-
зопорувата структура із середнім радіусом
пор ~ 2 нм та висока площа питомої поверх-
ні (213 м2/г). Із підвищенням температури
термооброблення спостерігаємо поступове
збільшення радіусу пор і перехід від мезопо-
руватої до мікропоруватої полікристалічної
структури. При цьому вже за 500 °С отри-
мано майже чотирикратне зменшення пито-
мої поверхні. Після відпалу за температури
700 і 800 °С синтезовані зразки мають добре
сформовану кристалічну структуру, малу
питому поверхню, а їхня поруватість пере-
важно визначається мікропорами, утворе-
ними внаслідок спікання частинок при на-
гріванні. Представлені у останній колонці
(табл. 3) розміри частинок, розраховані за
питомою поверхнею, достатньо добре узгод-
жуються з даними СЕМ.
36 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
Рис. 2. СЕМ зразків СоТіО3, отриманих (a-в) без додавання та (г-е) у присутності Н2О2
та відпалених за температури (а, г) 400, (б, д) 600 і (в, е) 800 °С
Fig. 2. SEM of CoTiO3 samples obtained (a-в) without and (г-е) in the presence H2O2
and annealed at (а, г) 400, (б, д) 600 and (в, е) 800 °С.
Рис. 3. Криві розподілу пор за радіусом для зразків СоТіО3, отриманих (а) без Н2О2
та (б) в присутності Н2О2
Fig. 3. Pore radius distribution curves for CoTiO3 samples obtained (а) without
and (б) in the presence of H2O2.
37https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
Табл. 3
Поверхневі характеристики зразків СоТіО3, відпалених за різних температур
Table 3.
Surface characteristics of CoTiO3 samples annealed at different temperatures.
Температура
відпалу, °С Sпит., м
2/г Vпор, cм3/г rпор (BJH), нм dБET, нм
синтез без Н2О2
400 213 0,297 1,9 5,6
500 58 0,218 4,8 20,7
600 24 0,189 8,7 50,1
700 5,6 0,11 39,3 215
800 3,8 0,024 – 316
синтез з Н2О2
500 113 0,487 3,9 10,6
600 29,4 0,358 8,8 (24,3) 40,9
700 6,4 0,152 47,7 188
800 2,8 0,045 – 429
Електрохімічні процеси відновлення та
окиснення СоТіО3 протікають відповідно
до рівняння 2 у разі катіона літію та рів-
няння 3 для катіона натрію. У разі повного
проходження електрохімічної реакції, не-
залежно від катіона лужного металу, кін-
цевими продуктами є інтеркальована фаза
TiO2, металічний кобальт та оксиди літію
або натрію [20, 25, 26].
CoTiO3 + 3Li+ +3e ↔ LiTiO2 + Co + Li2O;
(2)
CoTiO3 + 3Na+ +3e ↔ NaTiO2 + Co + Na2O.
(3)
Відповідно до наведених рівнянь тео-
ретична питома ємність СоТіО3 складає
519,5 мАгод/г для обох систем. Також важ-
ливим є те, що в цьому матеріалі водночас
реалізуються інтеркаляційний та конверсій-
ний механізми електрохімічної реакції [20].
Дослідження циклічних характеристик
CoTiO3 в літієвих елементах проводили в
гальваностатичному режимі в інтервалі
напруг 0,01–3,0 В за сталої густини струму
0,1 А/г. Після перших 20 циклів проводили
швидкісні випробування, покроково під-
вищуючи розрядний струм до 5 А/г. Кож-
ний розрядний струм підтримували про-
тягом 10 циклів, після чого продовжували
циклування постійною густиною струму
0,1 А/г. Електрохімічні дослідження про-
водили для зразків CoTiO3, відпалених за
температури 600 (зразки СТО-600 та СТО-
600-Н2О2, отримані відповідно без та з до-
даванням Н2О2) та 800 °С (зразки СТО-800
та СТО-800-Н2О2).
38 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
Рис. 4. Циклувальні характеристики зразків СоТіО3, отриманих без додавання Н2О2
в елементах із літієвим анодом. (а, б) Розряд/зарядні криві за густини струму
циклування 0,1 А/г; (в) залежності питомої ємності від номера циклу
за струму циклування 0,1 А/г; (г) швидкісні характеристики
Fig. 4. Cycling characteristics of CoTiO3 samples obtained without the addition of H2O2 in cells
with lithium anode. (a, б) Discharge/charge curves at a cycling current density of 0.1 A/g;
(в) dependences of specific capacitance on the cycle number at a cycling current
of 0.1 A/g; (г) rate characteristics.
На рис. 4 представлено результати елект
рохімічних випробувань зразків CoTiO3,
отриманих без додавання Н2О2. З наведе-
них даних видно, що ємнісні, циклічні та
швидкісні характеристики зразків CoTiO3
залежать від температури відпалу. Розряд-
на крива першого циклу зразка СТО-600
(рис. 4 а) має декілька різних за протяж-
ністю майданчиків за розрядних напруг
~1,7 В, ~1,51 В, ~0,5 В та нижче 0,2 В. На-
томість зарядна крива містить лише дві
відносно пласкі ділянки за напруг до 0,5 та
~1,7–2,5 В та дві похилі ділянки в інтервалі
напруг 0,5–1,7 В та вище 2,5 В. Розрядна та
39https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
зарядна ємності першого циклу становлять
відповідно 801 та 436 мАгод/г, що відпові-
дає кулонівській ефективності (КЕ) 54,5%.
Висока незворотність на першому циклі
пояснюється розкладанням електроліту та
утворенням твердої електролітної плівки
(ТЕП) на поверхні розділення електрод/
електроліт [23]. Починаючи з другого ци-
клу, розрядна крива сильно змінюється і
на ній можна виділити тільки два умовних
майданчики на ділянках напруг 1,6–2,1 В та
нижче 0,5 В. Із циклуванням протяжність
цих ділянок поступово зменшується разом
із відповідним зниженням питомої ємно-
сті, а на більш пізніх циклах розряд/зарядні
профілі набувають форми суцільних похи-
лих ліній.
Розряд/зарядні криві першого циклу
зразка СТО-800 (рис. 4 б) мають дещо ін-
ший вигляд порівняно зі зразком СТО-600.
Розрядна гілка має три майданчики за на-
пруг ~1,4, ~0,4 та нижче з 0,2 В, яким на за-
рядній кривій відповідають відносно пласкі
ділянки з напругою до 0,5 та 2–2,5 В. За по-
дальшого циклування пласкі ділянки роз-
рядної напруги також поступово зменшу-
ються, а криві набувають вигляду похилих
ліній. Як і у попередньому випадку низька
КЕ першого циклу 43,5% (ємності розря-
ду та заряду становлять відповідно 759 та
330 мАгод/г) зумовлена процесом розкла-
дання електроліту та формування ТЕП.
Порівняння отриманих розряд/заряд-
них кривих із результатами вольтамперних
досліджень, представлених у літературі
[23, 27], дозволяє ідентифікувати основні
електрохімічні процеси у системі. Так, ка-
тодні майданчики за напруги понад 1 В та
анодний майданчик в області 2 В належать
до окисно/відновної пари Ti4+/Ti3+ у CoTiO3.
Окрім цього катодний процес за напруги
~1,6 В може бути пов’язаний з окисненням
титану у фазі рутилу, який, за даними РФА,
присутній у зразках. Майданчики, присут-
ні на розряд/зарядних кривих за напруги
нижче 0,5 В відповідають процесам окис-
нення/відновлення в парі Со2+/Со0.
Вплив температури відпалу на величи-
ну питомої ємності та її стабільність при
циклуванні показано на рис. 4 в. Після
значних втрат на першому циклі питома
ємність зразка СТО-800 стабілізуються на
10–20 циклах на рівні ~190 мАгод/г і за по-
дальшого циклування навіть збільшується
до 218 мАгод/г на 190-му циклі. Водночас
для зразка СТО-600 є характерним постій-
не зниження ємності впродовж всього ци-
клування. Причини такої поведінки зраз-
ків можуть бути пов’язані з відмінностями
у питомій поверхні та розмірах частинок,
а також їхньою різною кристалічністю та
структурною впорядкованістю, які ви-
значають спроможність цих матеріалів до
утворення в процесі циклування упоряд-
кованих нанокристалічних фаз, здатних до
стабільного циклування. Менші розміри
частинок та більша питома поверхня зраз-
ка СТО-600 сприяють отриманню вищої
питомої ємності на початку циклування,
але не до кінця сформована кристалічна
структура призводить до низької стабіль-
ності питомої ємності.
Таку ж поведінку спостерігаємо і під час
швидкісних випробувань, результати яких
представлено на рис. 4 г. Зразок СТО-600
демонструє низьку стійкість до підвище-
них розрядних струмів порівняно зі зраз-
ком СТО-800. Максимальне зниження роз-
рядної ємності зразка СТО-800 спостері-
гаємо в інтервалі густин струму 0,1–3 А/г,
40 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
за яких питома ємність зменшується зі 190
до 93 мАгод/г. За подальшого збільшення
густини струму до 5 А/г ємність знижуєть-
ся до 86 мАгод/г, що відповідає 45,3% збере-
ження ємності. При зменшенні розрядного
струму до 0,1 А/г питома ємність повністю
відновлюється, що вказує на високу ста-
більність зазначеного зразка навіть за умов
підвищених струмів розряду.
Рис. 5. Циклувальні характеристики зразків СоТіО3, отриманих із додаванням Н2О2
в елементах із літієвим анодом. (а, б) Розряд/зарядні криві за густини струму
циклування 0,1 А/г; (в) залежності питомої ємності від номера циклу
за струму циклування 0,1 А/г; (г) швидкісні характеристики
Fig. 5. Cycling characteristics of CoTiO3 samples obtained with the addition of H2O2 in cells
with lithium anode. (a, б) Discharge/charge curves at a cycling current density of 0.1 A/g;
(в) dependences of specific capacitance on the cycle number
at a cycling current of 0.1 A/g; (г) rate characteristics.
Аналогічні електрохімічні дослідження
було проведено і для зразків CoTiO3, син-
тезованих із додаванням перекису водню.
Відповідні результати представлено на
рис. 5. На відміну від результатів, наведе-
них у роботі [23], у нашому випадку дода-
41https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
вання перекису водню майже не вплинуло
на величину питомої ємності та її залеж-
ність від номера циклу та густини струму
розряду. За характером розряд/зарядних
кривих ці зразки CoTiO3 є подібними до
отриманих без перекису водню за тих же
температур відпалу (рис. 5 а, б). Для зразка
СТО-600-Н2О2 помітний більш широкий
майданчик за напруги 1,7 В, що пов’язана
з літіюванням рутилу, вміст якого, згідно
з наведеними вище розрахунками, є вдвічі
вищим порівняно зі зразками, отриманими
без перекису водню. Зразок СТО-800-Н2О2
демонструє стабільну питому ємність, яка
становить 202 мАгод/г на 190-му циклі при
циклуванні струмом 0,1 А/г, а за швидкіс-
них випробувань збереження ємності за
максимального струму 5 А/г становить
45,5% (рис. 5в, г). Таким чином, основним
фактором, що визначає циклувальні харак-
теристики CoTiO3, залишається темпера-
тура відпалу, а введення перекису водню
на проміжній стадії синтезу практично не
впливає на кінцеву циклувальну спромож-
ність активного матеріалу.
Дослідження в натрієвих елементах про-
водили за схемою, схожою до застосованої
у літієвих комірках, яка включала циклу-
вання за сталої густини струму 0,1 А/г та
швидкісні випробування за ступінчастої
зміни розрядного струму від 0,1 до 1 А/г
(по 10 циклів на кожну густину струму).
На рис. 6 а, б представлено розряд/заряд-
ні криві 1, 2, 5, 20 та 60 циклів для зразків
СоТіО3, синтезованих за присутності Н2О2.
При циклуванні СоТіО3 в натрієвих комір-
ках інтеркаляція/деінтеркаляція натрію
відбувається за досить низької напруги
(нижче 1,5 В), що як і в літієвій системі зу-
мовлює значну незворотну ємність на пер-
шому циклі за рахунок розкладання елек-
троліту та формування ТЕП [22]. Питомі
ємності розряду та заряду першого циклу
становлять 443 та 199 мАгод/г для зраз-
ка СТО-600-Н2О2 та 167 та 64 мАгод/г для
зразка СТО-800-Н2О2, що відповідає КЕ
44,9% та 38,2% відповідно. В обох випад-
ках розрядні криві першого циклу мають
пласкі ділянки за напруг ~1,25 В та нижче
0,3 В, яким на зарядній кривій відповіда-
ють майданчики за напруг ~0,85 та ~2 В.
Ці ділянки поєднуються похилою лінією.
Протяжність пласких ділянок розрядної та
зарядної кривих поступово зменшується на
наступних циклах. Аналогічно до літієвої
системи, у цьому випадку електрохімічна
реакція зумовлена процесами відновлення
та окиснення Co0/Co2+ та Ti3+/Ti4+ відповід-
но при розрядженні та зарядженні [20, 22,
26]. Наявність ділянок із плавною зміною
напруги пояснюється взаємним підтри-
муючим ефектом біметалевого окиснення.
Поки один іон металу окислюється, фаза
іншого металу залишається незмінною, за-
безпечуючи структурну цілісність актив-
ного матеріалу та утворюючи таким чином
самопідтримувану мережу за рахунок без-
перервності окисно-відновного процесу.
Напруга основних електрохімічних проце-
сів на кривих розряду/заряду за величиною
можуть суттєво не збігатися для однакових
матеріалів, отриманих різними методами,
оскільки різниця у їхньому складі, поверх-
невих та структурних характеристиках
може зумовлювати значні поляризаційні
процеси [20].
Залежності, представлені на рис. 6 в,
демонструють зміну питомої ємності від
номера циклу за сталої густини струму
0,1 А/г. Ємність зразка СТО-600-Н2О2 при
42 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
циклуванні має тенденцію до поступово-
го зменшення, особливо на перших 20-ти
циклах. Водночас питома ємність зразка
СТО-800-Н2О2 після різкого зменшення на
другому циклі демонструє деяке зростання
і на 100 циклі складає 94 мАгод/г порівняно
з 78 мАгод/г на другому. Зразок СТО-800-
Н2О2 також має кращі швидкісні характе-
ристики (рис. 6 г), хоча різниця між зразка-
ми СТО-600-Н2О2 та СТО-800-Н2О2 за цим
показником не є такою значною, як при ци-
клуванні в літієвій системі. При збільшенні
розрядного струму від 0,1 до 1 А/г питома
ємність зразка СТО-800-Н2О2 знижується
від 92 до 67 мАгод/г відповідно. Це відпо-
відає збереженню ємності 72,8%, що є до-
статньо близьким до значення, отриманого
у літієвій системі за ідентичного струму,
яке становить 75,8%.
Рис. 6. Циклувальні характеристики зразків СоТіО3, отриманих із додаванням Н2О2
в елементах із натрієвим анодом. (а, б) Розряд/зарядні криві за густини струму
циклування 0,1 А/г; (в) залежності питомої ємності від номера циклу
за струму циклування 0,1 А/г; (г) швидкісні характеристики
Fig. 6. Cycling characteristics of CoTiO3 samples obtained with the addition of H2O2 in cells
with sodium anode. (a, б) Discharge/charge curves at a cycling current density of 0.1 A/g;
(в) dependences of specific capacitance on the cycle number at a cycling
current of 0.1 A/g; (г) rate characteristics.
43https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
Аналогічні електрохімічні випробуван-
ня було проведено для серії зразків СоТіО3,
отриманих без додавання Н2О2. Відповід-
ні результати представлено на рис. 7. За
характером кривих розрядження/заря-
дження ці зразки подібні до отриманих за
присутності Н2О2. Також зберігаються ті
ж самі тенденції у зміні питомої ємності за
сталої густини струму циклування 0,1 А/г
(рис. 7в) та розряді різними густинами
струму (рис. 7 г). Це підтверджує те, що у
нашому випадку додавання перекису вод-
ню під час синтезу практично не впливає на
функціональні характеристики отриманих
перовськітів СоТіО3, а більш важливою є
температура відпалу, яка дозволяє сфор-
мувати структуру матеріалу, що забезпечує
стабільні електрохімічні характеристики
як у натрій-, так і літій-іонних системах.
Рис. 7. Циклувальні характеристики зразків СоТіО3, отриманих без додавання Н2О2
в елементах із натрієвим анодом. (а, б) Розряд/зарядні криві за густини струму
циклування 0,1 А/г; (в) залежності питомої ємності від номера циклу
за струму циклування 0,1 А/г; (г) швидкісні характеристики
Fig. 7. Cycling characteristics of CoTiO3 samples obtained without the addition of H2O2 in cells
with sodium anode. (a, б) Discharge/charge curves at a cycling current density of 0.1 A/g;
(в) dependences of specific capacitance on the cycle number at a cycling
current of 0.1 A/g; (г) rate characteristics.
44 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
Порівнюючи отримані електрохімічні
характеристики СоТіО3 в двох електрохі-
мічних системах, слід відмітити значну різ-
ницю у питомих ємностях, які у натрієвій
системі практично вдвічі нижчі, ніж у літіє-
вій. Це передусім пов’язано з більшим роз-
міром іона Na⁺ (Na⁺ ≈ 1,02 Å, Li⁺ ≈ 0,76 Å),
що значно ускладнює його інтеркаляцію в
кристалічну решітку та обмежує кількість
доступних активних центрів. Крім цього,
дифузія Na⁺ у твердому тілі є повільнішою,
що погіршує кінетику електрохімічних
процесів та збільшує поляризацію. У су-
купності це призводить до нижчої оборот-
ної ємності та гіршої реалізації електрохі-
мічних характеристик матеріалу. В цьому
плані синтез матеріалів із регульованими
структурними, поверхневими та морфоло-
гічними характеристиками є дієвим шля-
хом для більш повної реалізації потенціалу
СоТіО3 як анодного матеріалу для метал-
іонних систем.
ВИСНОВКИ. Біметалічні оксиди CoTiO3
зі структурою перовськіту було синтезова-
но методом самовільного гідролізу без та в
присутності перекису водню з подальшим
термічним відпалом на повітрі та дослі-
джено як анодні матеріали для літій- та на-
трій-іонних акумуляторів. Фізико-хімічні
характеристики отриманих оксидних ма-
теріалів досліджено методами термогра-
віметричного та рентгенофазового аналі-
зу, сканувальної електронної мікроскопії
та порометрії. Встановлено, що утворення
кристалічної фази перовськіту відбуваєть-
ся за температури від 500 °C і вище. Підви-
щення температури відпалу з 400 до 800 °C
супроводжується збільшенням розміру
частинок від ~50 до 200–400 нм та підви-
щенням кристалічності.
Електрохімічні характеристики зраз-
ків перовськітів, відпалених за темпера-
тур 600 °C (СТО-600) та 800 °C (СТО-800),
досліджено методом гальваностатичного
циклування в напівелементах із літієвим і
натрієвим протиелектродами. У літій-іон-
ній системі зразок CTO-800 демонструє ви-
соку стабільність питомої ємності на рівні
~200 мАгод/г за струму циклування 0,1 А/г
та відмінні швидкісні характеристики з
розрядною питомою ємністю 86 мАгод/г
за струму 5 А/г. Зазначені характеристи-
ки суттєво перевищують показники зраз-
ка CTO-600, що свідчить про позитивний
вплив підвищеної кристалічності на елект
рохімічну поведінку матеріалу, зокрема на
стабільність та кінетику інтеркаляції/деін-
теркаляції літію.
Загальні тенденції в електрохімічній по-
ведінці зразків CoTiO3 у натрій-іонній сис-
темі загалом є подібними до літій-іонної,
але отримані при цьому питомі ємності
є практично вдвічі меншими. Для зразка,
відпаленого за температури 800 °C, спосте-
рігаємо швидку стабілізацію питомої ємно-
сті, яка зростає від 78 мАгод/г на 2 циклі до
94 мАгод/г на 100 циклі за струму циклу-
вання 0,1 А/г. При цьому вплив температу-
ри відпалу на швидкісні характеристики в
натрій-іонній системі є менш вираженим.
Введення перекису водню на проміжній
стадії синтезу практично не впливає на
електрохімічну поведінку зразків CoTiO3,
відпалених за відповідних температур як у
літій-іонній, так і натрій-іонній системах.
Отримані результати свідчать, що під-
вищення кристалічності CoTiO3 сприяє
формуванню в процесі циклування більш
впорядкованих нанокристалічних доме-
нів, у межах яких ефективніше протікають
45https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
процеси інтеркаляції/деінтеркаляції іонів.
Отже, цілеспрямоване керування струк-
турними параметрами перовськітів є ефек-
тивним шляхом оптимізації їхніх електро-
хімічних характеристик.
ДЕТАЛІЗАЦІЯ ВКЛАДУ АВТОРІВ У
ПІДГОТОВКУ РУКОПИСУ:
Ю. В. Шматок: проведення експеримен-
ту, оброблення даних, візуалізація, напи-
сання оригінального тексту;
Н. І. Глоба: концептуалізація, методоло-
гія, рецензування та редагування;
Т. В. Ліснича: проведення експерименту;
К. Д. Першина: рецензування та редагу-
вання, наукове керівництво.
Усі автори ознайомилися з результатами
дослідження та схвалили остаточну версію
статті.
КОНФЛІКТ ІНТЕРЕСІВ. Автори заявля-
ють про відсутність конфлікту інтересів.
ФІНАНСУВАННЯ. Роботу вико-
нано за підтримки НАН України в
рамках науково-дослідних робіт ві-
домчого замовлення Відділення хі-
мії НАН України «Фізико-хімічні засади
обмінних реакцій у літій- та натрій-іонних
джерелах струму», реєстраційний номер
0120U000158 та «Стратегія створення елек-
тродних матеріалів для літій- та натрій-іон-
них джерел струму з використанням роз-
топлених флюсових композицій», реєстра-
ційний номер 0122U200365.
SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND
ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF
CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS
FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES.
Yu.V. Shmatok*, N.I., Globa,
T.V. Lisnycha, K.D. Pershina
V.I. Vernadsky Institute
of General and Inorganic Chemistry
of the National Academy of Sciences of Ukraine,
32/34 Acad. Palladina Ave., 03142 Kyiv, Ukraine
*e-mail: yu.shmatok@gmail.com
In the work, a bimetallic cobalt-titanium
oxide CoTiO3 with a perovskite structure was
synthesized by a simple method of spontane-
ous hydrolysis with subsequent thermal an-
nealing. The influence of the presence of hyd
rogen peroxide during synthesis and annealing
temperature on the phase composition, struc-
tural, morphological and surface character-
istics of the obtained materials was studied
using X-ray phase analysis, scanning electron
microscopy and porometry. It was shown
that the formation of the crystalline phase of
perovskite CoTiO3 occurs at annealing tem-
peratures of 500 °C and above. Increasing the
annealing temperature from 400 to 800 °C
leads to particle enlargement from ~50 nm to
200–400 nm and a concomitant increase in
crystallinity. The electrochemical properties of
CoTiO3 were studied by galvanostatic cycling
in half-cells with lithium and sodium anodes
in the voltage range of 0.01–3 V and current
densities from 0.1 to 5 A/g. It was found that
the increase in crystallinity of CoTiO3 due to
an increase in the annealing temperature to
800 °C has a positive effect on the stability of
46 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
the specific capacity, improves the rate charac-
teristics and reduces the number of activation
charge-discharge cycles. In lithium-ion cells,
the maximum specific capacity of CoTiO3,
which reaches 218 mAh/g after 190 cycles at a
current density of 0.1 A/g, and the best stabili-
ty during cycling and discharge at high current
densities are characteristic of samples annealed
at a temperature of 800 °C. The specific capa
city of CoTiO3 in the sodium-ion system is al-
most 2 times lower and is less dependent on
the annealing temperature. It is shown that the
nature of the alkali metal cation significantly
affects the capacitive and kinetic characteris-
tics of CoTiO3, respectively, the better electro-
chemical properties of CoTiO3 in the lithium
system are associated with a higher diffusion
ability and smaller kinetic limitations of the Li+
cation compared to the larger Na+ cation.
Keywords: CoTiO3, perovskite structure,
anode material, lithium-ion battery, sodi-
um-ion battery.
ЛІТЕРАТУРА
1. Nzereogu P.U., Omah A.D., Ezema F.I., Iwuoha
E.I., Nwanya A.C. Anode materials for lithi
um-ion batteries: A review. Appl. Surf. Sci.
Adv. 2022. 9. P. 100233.
https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100233
2. Cheng H., Shapter J.G., Li Y., Gao G. Recent
progress of advanced anode materials of lithi
um-ion batteries. J. Energy Chem. 2021. 57.
P. 451–468.
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.056
3. Perveen T., Siddiq M., Shahzad N., Ihsan R.,
Ahmad A., Shahzad M.I. Prospects in an-
ode materials for sodium ion batteries-A re-
view. Renew. Sustain. Energy Rev. 2020. 119.
P. 109549.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109549
4. Fang L., Bahlawane N., Sun W., Pan H., Xu B.B.,
Yan M., Jiang Y. Conversion‐alloying anode
materials for sodium ion batteries. Small.
2021. 17(37). P. 2101137.
https://doi.org/10.1002/smll.202101137
5. Zhai H., Xia B.Y., Park H.S. Ti-based electrode
materials for electrochemical sodium ion sto
rage and removal. J. Mater. Chem. A. 2019. 7.
P. 22163–22188.
https://doi.org/10.1039/C9TA06713B
6. Brown Z.L., Smith S., Obrovac M.N. Mixed
Transition Metal Titanate and Vanadate Ne
gative Electrode Materials for Na-Ion Batter-
ies. J. Electrochem. Soc. 2015. 162. P. A15–A20.
https://doi.org/10.1149/2.0171501jes
7. Madian M., Giebeler L., Klose M., Jaumann T.,
Uhlemann M., Gebert A., Oswald S., Ismail N.,
Eychmüller A., Eckert J. Self-Organized TiO2/
CoO Nanotubes as Potential Anode Materials
for Lithium Ion Batteries, ACS Sustain. Chem.
Eng. 2015. 3. P. 909–919.
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b00
026
8. Xu W., Cui X., Xie Z., Dietrich G., Wang Y.
Integrated Co3O4/TiO2 Composite Hollow
Polyhedrons Prepared via Cation-exchange
Metal-Organic Framework for Superior Lithi-
um-ion Batteries. Electrochim. Acta. 2016. 222.
P. 1021–1028.
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.11.071
9. Ding H., Zhang X.K., Fan J.Q., Zhan X.Q.,
Xie L., Shi D., Jiang T., Tsai F.C. MOF-Tem-
plated Synthesis of Co3O4@TiO2 Hollow
Dodecahedrons for High-Storage-Density
Lithium-Ion Batteries. ACS Omega. 2019. 4.
P. 13241–13249.
https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01405
10. Tong X., Zeng M., Li J., Liu Z. Porous Co3O4@
TiO2 core-shell nanofibers as advanced ano
des for lithium ion batteries. J. Alloys Compd.
2017. 723(5). P. 129–138.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.209
11. Zhang J., Shen J., Wang T., Zhang H., Wei C.,
Zhang K., Yue Y. TiO2-B nanoribbons an-
chored with NiO nanosheets as hybrid anode
47https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
materials for rechargeable Lithium Ion Batte
ries. CrystEngComm. 2015. 17(7). P. 1710–
1715.
https://doi.org/10.1039/C4CE01719F
12. Li Z., Wang X., Jiang Y., Wang Y., Han Y.,
Zheng Q., Feng X., Wang Y., Chen F., Li Z.,
Sun C. Interface regulation strategy in con-
structing NiO@ TiO2 heterostructure with en-
hanced surface reaction dynamics for robust
lithium-ion storage. J. Alloys Compd. 2025.
1031. P. 181081.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.181081
13. Cao F.F., Wu X.L., Xin S., Guo Y.G., Wan L.J.
Facile synthesis of mesoporous TiO2−C nano-
sphere as an improved anode material for su-
perior high rate 1.5 V rechargeable Li ion ba
tteries containing LiFePO4−C cathode. J. Phys.
Chem. C. 2010. 114. P. 10308−10313.
https://doi.org/10.1021/jp103218u
14. Madian M., Ummethala R., Osama Abo E.l.,
Naga A.O., Ismail N., Rümmeli M.H., Eych
müller A., Giebeler L. Ternary CNTs@TiO2/
CoO Nanotube Composites:Improved Anode
Materials for High Performance Lithium Ion
Batteries. Materials. 2017. 10. P. 678.
https://doi.org/10.3390/ma10060678
15. Chen Z., Gao Y., Zhang Q., Li L., Ma P., Xing B.,
Cao J., Sun G., Bala H., Zhang C., Zhang Z.
TiO2/NiO/reduced graphene oxide nanocom-
posites as anode materials for high-perfor-
mance lithium ion batteries. J. Alloys Compd.
2019. 774. P. 873–878.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.010
16. Xu J., Ding W., Zhao W., Zhao W., Hong
Z., Huang F. In situ growth enabling ideal
graphene encapsulation upon mesocrystalline
MTiO3 (M= Ni, Co, Fe) nanorods for stable
lithium storage. ACS Energy Lett. 2017. 2(3).
P. 659–663.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00018
17. Ghaemifar S., Rahimi-Nasrabadi M., Pour-
masud S., Eghbali-Arani M., Behpour M.,
Sobhani-Nasab A. Preparation and characte
rization of MnTiO3, FeTiO3, and CoTiO3
nanoparticles and investigation various appli-
cations: a review. J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
2020. 31(9). P. 6511–6524.
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03241-w
18. Majumder T., Das D., Majumder S.B. Investi-
gations on the electrochemical characteristics
of electrophoretically deposited NiTiO3 ne
gative electrode for lithium-ion rechargeable
cells. J. Phys. Chem. Solids. 2021. 158. P. 110239
https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2021.110239
19. Yang G., Yan W., Wang J., Yang H. Fabrication
and characterization of CoTiO3 nanofibers by
sol–gel assisted electrospinning. Mater. Lett.
2014. 122. P. 117–120.
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.01.177
20. Ouyang B., Chen T., Qin R., Liu P., Fan X.,
Wang J., Liu W., Liu K. Bimetal–organic-
framework derived CoTiO3/C hexagonal mi-
cro-prisms as high-performance anode ma-
terials for metal ion batteries. Mater. Chem.
Front. 2021. 5(15). P. 5760–5768.
https://doi.org/10.1039/D1QM00530H
21. Kalubarme R.S., Inamdar A.I., Bhange D.S.,
Im H., Gosavi S.W., Park C.J. Nickel-titanium
oxide as a novel anode material for rechar
geable sodium-ion batteries. J. Mater. Chem.
A. 2016. 4. P. 17419–17430.
https://doi.org/10.1039/C6TA07306A
22. Tang Y., Wu L., Xiao L., Wen D., Guo Q., Liang
W. Porous CoTiO3 microbars as super rate and
long life anodes for sodium ion batteries. Cer-
am. Int. 2018. 44(15). P. 18025–18031.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.07.004
23. Wang X., Cheng W., Hu J., Su Y., Kong X.,
Uemura S., Kusunose T., Feng Q. Lithium
Ion Battery Anode of Mesocrystalline Co-
TiO3/TiO2 Nanocomposite with Extremely
Enhanced Capacity. ACS Appl. Energy Mater.
2021. 4(12). P.13646–13656.
https://doi.org/10.1021/acsaem.1c02337
24. Liu S.Y., Fan C.Y., Wang H.C., Zhang J.P.,
Wu XL. Electrochemically In-Situ Formation
of Stable Ti-Based Skeleton for Improved
Li-Storage Properties: Case Study of Po-
rous CoTiO3 Nanofibers. Chem. Eur. J. 2017.
23(36). P. 8712–8718.
https://doi.org/10.1002/chem.201700984
25. Sun M., Sheng X., Li S., Cui Z., Li T., Zhang Q.,
48 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
Xie F., Wang Y. Construction of porous Co-
TiO3 microrods with enhanced performance
as lithium-ion battery anode. J. Alloys Compd.
2022. 926. P. 166809.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166809
26. Huang Z.D., Zhang T.T., Lu H., Yang J., Bai L.,
Chen Y., Yang X.S., Liu R.Q., Lin X.J., Li Y.,
Li P., Liu X., Feng X.M., Ma Y.W. Bimetal-or-
ganic-framework derived CoTiO3 mesoporous
micro-prisms anode for superior stable power
sodium ion batteries. Sci. China Mater. 2018.
61(8). P. 1057–1066.
https://doi.org/10.1007/s40843-017-9225-5
27. Li T., Yu G., Song M., Zhang Q., Li Y., Bai X.
Facile synthesis of Nb-Doped CoTiO3 hexago-
nal microprisms as Promising Anode materi-
als for Lithium-ion batteries. Inorganics. 2022.
11(1). P. 10.
https://doi.org/10.3390/inorganics11010010
28. Li T., Song M., Zhang Q., Li Y., Yu G., Bai X.
Engineering of metal–organic framework-de-
rived CoTiO3 micro-prisms for lithium-ion
batteries. Molecules. 2024. 30(1). P. 34.
https://doi.org/10.3390/molecules30010034
29. Zhou X., Liu D., Bu H., Deng L., Liu H.,
Yuan P., Du P., Song H. XRD-based quantita-
tive analysis of clay minerals using reference
intensity ratios, mineral intensity factors, Riet
veld, and full pattern summation methods:
A critical review. Solid Earth Sci. 2018. 3(1).
P. 16–29.
https://doi.org/10.1016/j.sesci.2017.12.002
30. Li M.W., Gao X.M., Hou Y.L., Wang CY. Cha
racterization of CoTiO3 nanocrystallites pre-
pared by homogeneous precipitation method.
J. Nano-Electron. Phys. 2023. 5(3). P. 03022.
http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/1234567
89/31954
REFERENCES
1. Nzereogu P.U., Omah A.D., Ezema F.I., Iwuoha
E.I., Nwanya A.C. Anode materials for lithi
um-ion batteries: A review. Appl. Surf. Sci.
Adv. 2022. 9: 100233.
https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100233
2. Cheng H., Shapter J.G., Li Y., Gao G. Recent
progress of advanced anode materials of lithi
um-ion batteries. J. Energy Chem. 2021. 57:
451–468.
https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.056
3. Perveen T., Siddiq M., Shahzad N., Ihsan R.,
Ahmad A., Shahzad M.I. Prospects in anode
materials for sodium ion batteries-A review.
Renew. Sustain. Energy Rev. 2020. 119: 109549.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109549
4. Fang L., Bahlawane N., Sun W., Pan H., Xu
B.B., Yan M., Jiang Y. Conversion‐alloying
anode materials for sodium ion batteries.
Small. 2021. 17(37): 2101137.
https://doi.org/10.1002/smll.202101137
5. Zhai H., Xia B.Y., Park H.S. Ti-based electrode
materials for electrochemical sodium ion sto
rage and removal. J. Mater. Chem. A. 2019. 7:
22163–22188.
https://doi.org/10.1039/C9TA06713B
6. Brown Z.L., Smith S., Obrovac M.N. Mixed
Transition Metal Titanate and Vanadate Nega
tive Electrode Materials for Na-Ion Batteries. J.
Electrochem. Soc. 2015. 162: A15–A20.
https://doi.org/10.1149/2.0171501jes
7. Madian M., Giebeler L., Klose M., Jaumann T.,
Uhlemann M., Gebert A., Oswald S., Ismail N.,
Eychmüller A., Eckert J. Self-Organized TiO2/
CoO Nanotubes as Potential Anode Materials
for Lithium Ion Batteries, ACS Sustain. Chem.
Eng. 2015. 3: 909–919.
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b00
026
8. Xu W., Cui X., Xie Z., Dietrich G., Wang Y.
Integrated Co3O4/TiO2 Composite Hollow
Polyhedrons Prepared via Cation-exchange
Metal-Organic Framework for Superior Lithi-
um-ion Batteries. Electrochim. Acta. 2016. 222:
1021–1028.
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.11.071
9. Ding H., Zhang X.K., Fan J.Q., Zhan X.Q.,
Xie L., Shi D., Jiang T., Tsai F.C. MOF-Tem-
plated Synthesis of Co3O4@TiO2 Hollow
Dodecahedrons for High-Storage-Density
Lithium-Ion Batteries. ACS Omega. 2019. 4:
13241–13249.
https://doi.org/10.1021/acsomega.9b01405
10. Tong X., Zeng M., Li J., Liu Z. Porous Co3O4@
49https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
TiO2 core-shell nanofibers as advanced ano
des for lithium ion batteries. J. Alloys Compd.
2017. 723(5): 129–138.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.209
11. Zhang J., Shen J., Wang T., Zhang H., Wei C.,
Zhang K., Yue Y. TiO2-B nanoribbons an-
chored with NiO nanosheets as hybrid anode
materials for rechargeable Lithium Ion Batte
ries. CrystEngComm. 2015. 17(7): 1710–1715.
https://doi.org/10.1039/C4CE01719F
12. Li Z., Wang X., Jiang Y., Wang Y., Han Y.,
Zheng Q., Feng X., Wang Y., Chen F., Li Z.,
Sun C. Interface regulation strategy in con-
structing NiO@ TiO2 heterostructure with en-
hanced surface reaction dynamics for robust
lithium-ion storage. J. Alloys Compd. 2025.
1031: 181081.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.181081
13. Cao F.F., Wu X.L., Xin S., Guo Y.G., Wan L.J.
Facile synthesis of mesoporous TiO2−C nano-
sphere as an improved anode material for su-
perior high rate 1.5 V rechargeable Li ion bat-
teries containing LiFePO4−C cathode. J. Phys.
Chem. C. 2010. 114: 10308−10313.
https://doi.org/10.1021/jp103218u
14. Madian M., Ummethala R., Osama Abo E.l.,
Naga A.O., Ismail N., Rümmeli M.H., Eych
müller A., Giebeler L. Ternary CNTs@TiO2/
CoO Nanotube Composites:Improved Anode
Materials for High Performance Lithium Ion
Batteries. Materials. 2017. 10: 678.
https://doi.org/10.3390/ma10060678
15. Chen Z., Gao Y., Zhang Q., Li L., Ma P., Xing
B., Cao J., Sun G., Bala H., Zhang C., Zhang Z.
TiO2/NiO/reduced graphene oxide nanocom-
posites as anode materials for high-perfor-
mance lithium ion batteries. J. Alloys Compd.
2019. 774: 873–878.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.10.010
16. Xu J., Ding W., Zhao W., Zhao W., Hong Z.,
Huang F. In situ growth enabling ideal
graphene encapsulation upon mesocrystalline
MTiO3 (M= Ni, Co, Fe) nanorods for stable
lithium storage. ACS Energy Lett. 2017. 2(3):
659–663.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00018
17. Ghaemifar S., Rahimi-Nasrabadi M., Pour-
masud S., Eghbali-Arani M., Behpour M.,
Sobhani-Nasab A. Preparation and characteri
zation of MnTiO3, FeTiO3, and CoTiO3 nan-
oparticles and investigation various applica-
tions: a review. J. Mater. Sci.: Mater. Electron.
2020. 31(9): 6511–6524.
https://doi.org/10.1007/s10854-020-03241-w
18. Majumder T., Das D., Majumder S.B. Investi-
gations on the electrochemical characteristics
of electrophoretically deposited NiTiO3 nega
tive electrode for lithium-ion rechargeable
cells. J. Phys. Chem. Solids. 2021. 158: 110239
https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2021.110239
19. Yang G., Yan W., Wang J., Yang H. Fabrication
and characterization of CoTiO3 nanofibers by
sol–gel assisted electrospinning. Mater. Lett.
2014. 122: 117–120.
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.01.177
20. Ouyang B., Chen T., Qin R., Liu P., Fan X.,
Wang J., Liu W., Liu K. Bimetal–organic-
framework derived CoTiO3/C hexagonal mi-
cro-prisms as high-performance anode ma-
terials for metal ion batteries. Mater. Chem.
Front. 2021. 5(15): 5760–5768.
https://doi.org/10.1039/D1QM00530H
21. Kalubarme R.S., Inamdar A.I., Bhange D.S.,
Im H., Gosavi S.W., Park C.J. Nickel-titanium
oxide as a novel anode material for recharge-
able sodium-ion batteries. J. Mater. Chem. A.
2016. 4: 17419–17430.
https://doi.org/10.1039/C6TA07306A
22. Tang Y., Wu L., Xiao L., Wen D., Guo Q.,
Liang W. Porous CoTiO3 microbars as super rate
and long life anodes for sodium ion batteries.
Ceram. Int. 2018. 44(15): 18025–18031.
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.07.
004
23. Wang X., Cheng W., Hu J., Su Y., Kong X.,
Uemura S., Kusunose T., Feng Q. Lithium
Ion Battery Anode of Mesocrystalline Co-
TiO3/TiO2 Nanocomposite with Extremely
Enhanced Capacity. ACS Appl. Energy Mater.
2021. 4(12) 13646–13656.
https://doi.org/10.1021/acsaem.1c02337
24. Liu S.Y., Fan C.Y., Wang H.C., Zhang J.P., Wu
50 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2026
СИНТЕЗ, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРОВСЬКІТІВ CoTiO3 ЯК АНОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
ДЛЯ ЛІТІЙ- ТА НАТРІЙ-ІОННИХ АКУМУЛЯТОРІВЕЛЕКТРОХІМІЯ
ДОДАТКОВІ МАТЕРІАЛИ
Рис. S1. Порошки, отримані (а) без та (б) із додаванням H2O2,
висушені за 100 °С та (в) після відпалу
Fig. S1. Powders obtained (a) without and (b) with the addition of H2O2
dried at 100 °C and (c) after subsequent annealing.
X.L. Electrochemically In-Situ Formation of
Stable Ti-Based Skeleton for Improved Li-Sto
rage Properties: Case Study of Porous CoTiO3
Nanofibers. Chem. Eur. J. 2017. 23(36): 8712–
8718.
https://doi.org/10.1002/chem.201700984
25. Sun M., Sheng X., Li S., Cui Z., Li T., Zhang Q.,
Xie F., Wang Y. Construction of porous Co-
TiO3 microrods with enhanced performance
as lithium-ion battery anode. J. Alloys Compd.
2022. 926: 166809.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166809
26. Huang Z.D., Zhang T.T., Lu H., Yang J., Bai L.,
Chen Y., Yang X.S., Liu R.Q., Lin X.J., Li Y.,
Li P., Liu X., Feng X.M., Ma Y.W. Bimetal-or-
ganic-framework derived CoTiO3 mesoporous
micro-prisms anode for superior stable power
sodium ion batteries. Sci. China Mater. 2018.
61(8): 1057–1066.
https://doi.org/10.1007/s40843-017-9225-5
27. Li T., Yu G., Song M., Zhang Q., Li Y., Bai X.
Facile synthesis of Nb-Doped CoTiO3 hexago-
nal microprisms as Promising Anode materi-
als for Lithium-ion batteries. Inorganics. 2022.
11(1): 10.
https://doi.org/10.3390/inorganics11010010
28. Li T., Song M., Zhang Q., Li Y., Yu G., Bai X.
Engineering of metal–organic framework-de-
rived CoTiO3 micro-prisms for lithium-ion
batteries. Molecules. 2024. 30(1): 34.
https://doi.org/10.3390/molecules30010034
29. Zhou X., Liu D., Bu H., Deng L., Liu H.,
Yuan P., Du P., Song H. XRD-based quantita-
tive analysis of clay minerals using reference
intensity ratios, mineral intensity factors, Riet
veld, and full pattern summation methods:
A critical review. Solid Earth Sci. 2018. 3(1):
16–29.
https://doi.org/10.1016/j.sesci.2017.12.002
30. Li M.W., Gao X.M., Hou Y.L, Wang C.Y. Cha
racterization of CoTiO3 nanocrystallites pre-
pared by homogeneous precipitation method.
J. Nano-Electron. Phys. 2023. 5(3): 03022.
http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/1234567
89/31954
51https://ucj.org.ua
Ю. В. Шматок, Н. І. Глоба, Т. В. Ліснича, К. Д. Першина УХЖ № 4 / ТОМ 92
Рис. S2. Результати термогравіметричного
аналізу бінарних сумішей осадів Ti та Cо,
отриманих (а) без та (б) за присутності Н2О2
Fig. S2. Thermogravimetric analysis of binary
mixtures of Ti and Co precipitates obtained (a)
without and (б) with the addition of H2O2.
Рис. S3. Ізотерми адсорбції/десорбції азоту
для зразків СоТіО3, отриманих (а) без Н2О2
та (б) за присутності Н2О2
Fig. S3. Nitrogen adsorption/desorption
isotherms for CoTiO3 samples obtained (а)
without and (б) in the presence of H2O2.
Стаття надійшла: 25.03.2026.
Статтю прийнято до друку: 07.05.2026.
Статтю опубліковано: 25.05.2026.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-778 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:14:36Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/16/cf33648bb651ce0bd38a3873019d7316.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-7782026-07-22T08:23:57Z SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES Shmatok, Yurii Globa, Nataliy Lisnycha, Tatyana Pershina, Katherine CoTiO3, perovskite structure, anode material, lithium-ion battery, sodium-ion battery. In the work, a bimetallic cobalt-titanium oxide CoTiO3 with a perovskite structure was synthesized by a simple method of spontaneous hydrolysis with subsequent thermal annealing. The influence of the presence of hydrogen peroxide during synthesis and annealing temperature on the phase composition, structural, morphological and surface characteristics of the obtained materials was studied using X-ray phase analysis, scanning electron microscopy and porometry. It was shown that the formation of the crystalline phase of perovskite CoTiO3 occurs at annealing temperatures of 500 °C and above. Increasing the annealing temperature from 400 to 800 °C leads to particle enlargement from ~50 nm to 200–400 nm and a concomitant increase in crystallinity. The electrochemical properties of CoTiO3 were studied by galvanostatic cycling in half-cells with lithium and sodium anodes in the voltage range of 0.01–3 V and current densities from 0.1 to 5 A/g. It was found that the increase in crystallinity of CoTiO3 due to an increase in the annealing temperature to 800 °C has a positive effect on the stability of the specific capacity, improves the rate characteristics and reduces the number of activation charge-discharge cycles. In lithium-ion cells, the maximum specific capacity of CoTiO3, which reaches 218 mAh/g after 190 cycles at a current density of 0.1 A/g, and the best stability during cycling and discharge at high current densities are characteristic of samples annealed at a temperature of 800 °C. The specific capacity of CoTiO3 in the sodium-ion system is almost 2 times lower and is less dependent on the annealing temperature. It is shown that the nature of the alkali metal cation significantly affects the capacitive and kinetic characteristics of CoTiO3, respectively, the better electrochemical properties of CoTiO3 in the lithium system are associated with a higher diffusion ability and smaller kinetic limitations of the Li+ cation compared to the larger Na+ cation. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2026-05-25 Article Article application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/778 10.33609/2708-129X.92.4.2026.29-51 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 92 No. 4 (2026): Ukrainian Chemistry Journal; 29-51 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 92 ##issue.no## 4 (2026): Ukrainian Chemistry Journal; 29-51 Український хімічний журнал; Том 92 № 4 (2026): Ukrainian Chemistry Journal; 29-51 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/778/411 Copyright (c) 2026 Yurii Shmatok, Nataliy Globa, Tatyana Lisnycha, Katherine Pershina https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Shmatok, Yurii Globa, Nataliy Lisnycha, Tatyana Pershina, Katherine SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES |
| title | SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES |
| title_full | SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES |
| title_fullStr | SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES |
| title_full_unstemmed | SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES |
| title_short | SYNTHESIS, PHYSICOCHEMICAL AND ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF CoTiO3 PEROVSKITES AS ANODE MATERIALS FOR LITHIUM- AND SODIUM-ION BATTERIES |
| title_sort | synthesis, physicochemical and electrochemical characteristics of cotio3 perovskites as anode materials for lithium- and sodium-ion batteries |
| topic_facet | CoTiO3 perovskite structure anode material lithium-ion battery sodium-ion battery. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/778 |
| work_keys_str_mv | AT shmatokyurii synthesisphysicochemicalandelectrochemicalcharacteristicsofcotio3perovskitesasanodematerialsforlithiumandsodiumionbatteries AT globanataliy synthesisphysicochemicalandelectrochemicalcharacteristicsofcotio3perovskitesasanodematerialsforlithiumandsodiumionbatteries AT lisnychatatyana synthesisphysicochemicalandelectrochemicalcharacteristicsofcotio3perovskitesasanodematerialsforlithiumandsodiumionbatteries AT pershinakatherine synthesisphysicochemicalandelectrochemicalcharacteristicsofcotio3perovskitesasanodematerialsforlithiumandsodiumionbatteries |