Исследование и разработка процессов формирования наноструктурированных электродов электрохимических устройств накопления энергии

Цель: исследование процессов и технологических основ создания наноструктурированных материалов электродов вторичных элементов питания (литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов) на основе массивов углеродных нанотрубок, синтезированных на твердых подложках методом каталитического плазмостимулированного химического парофазного осаждения. Изучен процесс формирования наночастиц из тонких металлических пленок на примере серебра. Установлено, что температура распада пленки серебра снижается с уменьшением толщины, при этом этот процесс не имеет строго определенной температуры и развивается с течением времени, что обусловлено вкладом процесса испарения. Исследован процесс формирования наночастиц катализатора из пленок никеля на барьерном слое титана для синтеза УНТ. Определены основные параметры предварительных in situ-обработок, что позволяет управлять размерами наночастиц никеля и характеристиками формируемых массивов УНТ. Разработана математическая модель деградации характеристик композитного материала УНТ-кремний. Определено, что использование гидрофильной плазменной обработки позволяет повысить емкость суперконденсатора на основе массивов УНТ, а гидрофобная температурная обработка в вакууме позволяет стабилизировать мощность устройства. Разработанные технологические подходы позволяют управлять параметрами формируемых УНТ. Разработаны технологические приемы, обеспечивающие контролируемый каталитический синтез УНТ на различных подложках. Модифицирована установка синтеза УНТ введением триодной системы, что позволяет снижать температуру роста УНТ. Разработан процесс формирования композитного материала УНТ-кремний на основе массивов УНТ, синтезированных непосредственно на токовом коллекторе. Установлено, что использование такого композита позволяет повысить емкость анодного электрода аккумулятора с 376 до 2500 мА × ч/г. Разработана лабораторная технология формирования планарных суперконденсаторов на основе массивов УНТ с удельной емкостью до 0,45 мФ/см².