СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ МАССИВОВ МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И МЕТАЛЛООКСИДНЫХ КЛАСТЕРОВ ОЛОВА, СО СТРУКТУРОЙ “ЯДРО-ОБОЛОЧКА”, ПОЛУЧЕННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМПУЛЬСНЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ

Объект исследования: слои нанокомпозита на основе массивов многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) и металлооксидных кластеров олова Sn/SnO₂, обладающих структурой “ядро - оболочка” (“core-shell”), созданные с использованием воздействия мощных ионных пучков наносекундной длительности (МИП). Цель: разработка физико-химических основ получения композитного материала на основе массивов МУНТ и металлоксидных частиц Sn/SnO₂ со структурой “ядро - оболочка” с использованием воздействия МИП. С помощью метода CVD (Catalysis Vapor Deposition) сформированы слои N-МУНТ, ориентированные перпендикулярно подложке. Синтез композитов МУНТ/SnOₓ осуществлён путем гидролиза и термического разложения соединения SnCl₂•2H₂O в CVD-реакторе. С целью получения нанокомпозитов МУНТ/Sn/SnO₂ со структурой металлооксидных кластеров “ядро - оболочка” осуществлялось модифицирование композитов МУНТ/SnOₓ импульсным ионным пучком наносекундной длительности. Отработаны режимы получения анодов из нанокомпозитов МУНТ/Sn/SnO₂ на медной фольге для тестовой экспериментальной ячейки, имитирующей работу литий-ионного аккумулятора, обеспечивающие хорошую адгезию, однородность и целостность слоя на поверхности медной подложки. Получены данные об электрофизических характеристиках (циклическая стабильность, разрядная/зарядная ёмкость, кулоновская эффективность) экспериментальных ячеек с анодами из нанокомпозитов МУНТ/Sn/SnO₂, сформированных на медной фольге с различными параметрами нанесения. Установлено, что материал анода на основе нанокомпозита МУНТ/Sn/SnO₂ со структурой металлооксидных кластеров “ядро - оболочка”, полученного с использованием МИП, обладает гораздо большей производительностью и цикличностью по сравнению с анодом из необлучённого композита МУНТ/SnOₓ, что объясняется хорошими электрохимическими и механическими характеристиками нанокомпозита. Это достигается путем диспергирования наночастиц Sn/SnO₂ на поверхности N-MWCNT, что значительно улучшает удельную площадь материала электрода. Кроме того, аморфный оксид олова - «оболочка» в наночастицах Sn/SnO₂ имеет более высокую скорость введения лития в сравнении с кристаллическим диоксидом олова. Взаимодействие электролита с оксидом олова приводит к трансформации «оболочки» с образованием сплавов Li₂O и Li-Sn. В этом случае слой Li₂O защищает наночастицы Sn/SnO₂ (сердцевина - оболочка) от прямого контакта с электролитом, а ионы Li⁺ могут свободно проникать в «ядро» через пограничный слой твердое тело – электролит (solid-electrolyte interface – SEI), что улучшает обратимую емкость МУНТ/Sn/SnO₂. Разработаны рекомендации по созданию и использованию анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов нового поколения, созданных на основе нанокомпозитов МУНТ/Sn/SnO₂ со структурой металлооксидных кластеров “ядро - оболочка”, которые полученны с использованием МИП.