ИСТИНА

В экспериментах, проводимых в рамках НИР, пленки НКГ будут синтезироваться на металлических подложках в плазме разряда постоянного тока в среде метана и водорода. Синтез будет производиться без использования каких-либо катализаторов. Для реализации анодного материала поверхность НКГ пленок будет покрываться пленками из различных активных веществ (кремнием, германием, оловом, сплавом кремний-германий) методом магнетронного напыления и методом термического испарения. Масса пленок Si, Ge, Si-Ge и Sn, а также их структурные особенности будут определяться режимами напыления. С целью исследования влияния структурных свойств анодного материала на электрохимические характеристики будет синтезировано и изучено два типа тонкопленочных электродов: • первый тип представляет собой однослойную пленку НКГ/М с различной массой и структурой М, где М- Si, Ge, Si-Ge, Sn. • второй тип представляет собой многослойную структуру, состоящую из n последовательных слоев НКГ/М. Отдельно будет исследоваться влияние на электрохимические характеристики дополнительного слоя углерода на поверхности анода. С этой целью НКГ/М материал будет покрываться дополнительным слоем НКГ, либо слоем аморфного углерода (a-C). Анизотропный наноструктурированный пентаоксид ванадия V2O5 будет получен путем гидротермальной обработки геля V2O5  nH2O. Для получения литированных наноструктур в гель будут добавляться различные соли лития (например, LiCl). Будет исследовано влияние гидротермальных режимов на структурные свойства V2O5. Оксид графена будет синтезироваться методом Хаммерса из различных прекурсоров. Композитный катодный материал будет получен путем смешивания полученного наноструктурного V2O5, оксида графена и байндера (PVDF) в различных пропорциях в стандартных условиях. Будет произведено исследование влияния на функциональные свойства композита внутренней структуры и морфологии V2O5, а также структуры оксида графена. Синтезированные катодные и анодные материалы будут исследоваться методами спектроскопии комбинационного рассеяния, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, а также методом рентгеновского фазового анализа. Электрохимические свойства всех образцов будут исследоваться в ячейках, собранных по трехэлектродной схеме с литиевым электродом сравнения в жидком электролите. Ресурсные испытания будут проводиться в двухэлектродных ячейках, представляющих собой конверт из гибкого ламината (pouch-cell) внутрь которого помещаются катод, анод, сепаратор и жидкий электролит. Далее конверт откачивается вакуумным насосом и запаивается с целью обеспечения взаимного прижима электродов и герметичности. Будет произведено циклирование (последовательное снятие кривых зарядки/разрядки) в гальваностатическом режиме при разных уровнях тока. На основе полученных кривых зарядки/разрядки будет оцениваться удельная обратимая/необратимая литиевая емкость электродов, зарядовая эффективность и т.д. Кроме того, для наиболее полного описания электрохимических свойств материалов будут сняты циклические вольтамперограммы, и будут произведены измерения методом импедансометрии. На основе синтезированных катодных и анодных материалов будет создан и протестирован макет литий-ионного аккумулятора. Для этого буду выбираться электроды со структурой, показавшей наиболее оптимальные функциональные свойства (максимальная емкость, стабильность, минимальная необратимая емкость и т.д.).

В результате научных исследований будут созданы принципиально новые наноструктурные анодные и катодные материалы на основе элементов IV, V групп, обладающие высокими удельными значениями обратимой литиевой емкости и низкой степенью деградации (в сравнении с материалами, описанными в научных публикациях и используемых в промышленных технологиях). Будет создан прототип литий-ионного аккумулятора на принципиально новой системе НКГ/М - LixV2O5/графен, где М – элемент IV группы. В результате исследований будут достигнуты научные результаты мирового уровня в области разработки, исследования электрохимических и физико-химических свойств, а также применения новых наноструктурных материалов. Проведенные электрохимические исследования позволят получить новые экспериментальные данные, способствующие расширению теоретических знаний о взаимодействии наноструктурных композитов с литийсодержащими электролитами. Результаты и разработанные технологические решения могут быть положены в основу ОКР по созданию в России промышленной технологии производства литий-ионных батарей на основе разработанных материалов. Коммерческий потенциал таких батарей будет обусловлен спросом, как со стороны производителей высокотехнологичных бытовых портативных электронных устройств (мобильные телефоны, планшеты и т.д.), так и со стороны участников отечественной космической отрасли и энергетики. Результаты НИР будут использованы в диссертационных материалов аспирантами Физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова непосредственно в ходе проекта и по его окончанию. Студенты, аспиранты и молодые сотрудники, участвующие в проекте получат неоценимый опыт работы с современными технологиями использования наноматериалов и диагностикой их свойств.