В.В. Слепцов – д.т.н., зав. кафедрой «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии», Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
E-mail: 08fraktal@inbox.ru
Д.Ю. Кукушкин – к.т.н., ассистент, Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет)
E-mail: skyline34@nxt.ru
А.О. Дителева – ассистент, Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет)
E-mail: anna.diteleva@mail.ru
Р.А. Цырков – аспирант, Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет)
E-mail poma1992@yandex.ru
Постановка проблемы. Традиционная толстопленочная технология производства химических источников тока (ХИТ) уже в течение почти 20-ти лет не только не обеспечивает необходимую динамику роста удельной энергоемкости, но и имеет тенденцию к ее уменьшению с целью увеличения безопасности эксплуатации изделий. Прорывными и наиболее важными задачами на данный момент стоит считать разработку тонкопленочных технологий и новых электрохимических систем с более высоким ресурсом (свыше 10000 циклов заряд-разряд – 20 лет эксплуатации) и большей удельной энергией (500…1000 Вт∙ч/кг). Перспективным направлением считается использование эластичных проводящих матриц на основе углерода при создании нанокомпозитных структур.
Цель работы – разработка комплекса вакуумных тонкопленочных нанотехнологий создания электродных материалов для источников тока на основе гибкой углеродной матрицы с высокоразвитой поверхностью.
Результаты. Разработан комплекс вакуумных тонкопленочных нанотехнологий создания электродных материалов для источников тока. На основе разработанного электродного материала были изготовлены и исследованы ХИТ, сверхъемкие конденсаторные структуры (СКС), конденсаторы с псевдоемкостью и гибридные конденсаторы. Анализ полученных результатов удельных энергоемкостей СКС, СКС с металлизацией, гибридных СКС на основе кобальтата лития и конденсаторы с псевдоемкостью показал, что удельные энергоемкости гибридных СКС на основе кобальтата лития и конденсаторы с псевдоемкостью на основе оксида марганца имеют значения, превышающие удельную энергоемкость СКС в 4,5 и 4,8 раза соответственно. Разработанная технология позволяет увеличивать энергоемкость ячеек и снижать их внутреннее сопротивление.
Практическая значимость. Разработанный комплекс вакуумных тонкопленочных нанотехнологий позволяет создавать электродные материалы на основе гибкой углеродной матрицы с высокоразвитой поверхностью. Полученные электродные материалы могут быть использованы в накопителях энергии.
- Battery University. BU-205: Types of Lithium-ion. [В Интернете] http://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion.
- Warner J. The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design: Chemistry, Components, Types, and Terminology. Elsevier Inc. 2015.
- Xiao Q., Li B., Dai F., Yang L., Cai M. Application of Lithium Ion Batteries in Vehicle Electrification. Electrochemical Energy: Advanced Materials and Technologies. 2016.
- Kurzweil P. Dietlmeier O.K. Elektrochemische Speicher: Superkondensatoren, Batterien, Elektrolyse-Wasserstoff, Rechtliche Grundlagen. Springer Fachmedien Wiesbaden. 2015.
- Kurzweil P. Post-Lithium-Ion Battery Chemistries for Hybrid Electric Vehicles and Battery Electric Vehicles. Advances in Battery Technologies for Electric Vehicles. Elsevier Ltd. 2015.
- Dahn J., Ehrlich G.M. Lithium-Ion Batteries. Linden’s Handbook of Batteries: 4th edition. McGraw-Hill Companies. 2011.
- Johnson Matthey Battery Systems. Our Guide to Batteries. 2012.
- Hocking M., Kan J., Young P., Terry C., Begleiter D. Welcome to the Lithium-Ion Age: DB Global Markets Research. б.м.: Deutsche Bank. 2016.
- Козадеров. О.А. Современные химические источники тока: Учеб. пособие. Изд. 2-е, стер. СПб.: Лань. 2017.
- Слепцов В.В., Зинин Ю.В., Дителева А.О. Перспективы развития мобильной энергетики // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. XXXIII. № 1. С. 28–30.
- Склезнев А.А. Анализ основных тенденций развития химических источников тока и других накопителей энергии. Отчет, шифр «ТОК». М. 2017.
- Miller J.R., Simon P. Materials science: electrochemical capacitors for energy management. Science 2008. V. 321. P. 651–2.
- Xuli Chen, Rajib Paul, Liming Dai. Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage. National Science Review. V. 4. Is. 3. P. 453–489. DOI: 10.1093/nsr/nwx009
- Лебедев Е.А. Разработка процессов формирования и исследование свойств элементов выделения тепла и накопления энергии для термоэлектрических батарей: Дисс. … канд. тех. наук. М.: Московский институт электронной техники. 2017. 184с.
- Ву Дык Хоан. Исследование и разработка тонкопленочных многослойных электролитических ячеек: Дисс. … канд. тех. наук. М.: Московский авиационный институт. 2017. 143 с.
- Кукушкин Д.Ю. Разработка физико-технических основ электроимпульсного метода синтеза наночастиц металлов и сплавов в жидкой диэлектрической среде: Дисс. … канд. тех. наук. М.: Московский авиационный институт. 2019. 149 с.
- Sleptsov V.V., Kozhitov L.V., Muratov D.G., Popkova A.V., Savkin A.V., Diteleva A.O., Kozlov A.P. Thin film vacuum technologies for a production of highly-capacitive electrolytic capacitors. Journal of Physics Conference Series 1313 (26th International Conference on Vacuum Technique and Technology 18–20 June 2019, Saint Petersburg, Russian Federation). September 2019.
- Гоффман В.Г., Гороховский А.В., Бурте Э.П., Слепцов В.В., Горшков Н.В., Ковынева Н.Н., Викулова М.А., Никитина Н.В. Модифицированные титановые электроды для накопителей энергии // Электрохимическая энергетика. 2017. №4. С. 225–234.
- Громов Д.Г., Гальперин В.А., Лебедев Е.А., Кицюк Е.П. Развитие электрохимических накопителей электрической энергии на основе наноструктур // Нанотехнологии в электронике. М.: Техносфера. 2015.
- Табаров Ф.С. Получение и свойства волокнистых углеродных материалов для электродов суперконденсаторов: Дисс. … канд. тех. наук. М.: Национальный исследовательский технологический универститет «МИСиС». 2020. 115 с.
- Sleptsov V.V., Ushkar M.N., Zinin Yu.V., Shchur P.A., Diteleva A.O., Kyaw Zaw Lwin. Study of the specific energy consumption of universal electrode materials for hybrid ultra-high-volume capacitor systems. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019.