Функциональные материалы, наноматериалы и технологии по теме: Модификация межфазных границ электрод/электролит как путь к разработке твердотельных тонкопленочных Li-ионных батарей (заключительный)

Быстрое развитие микроэлектроники обуславливает необходимость разработки высокоэффективных устройств хранения энергии малых размеров, отличающихся высокими эксплуатационными характеристиками. В отличие от традиционных аккумуляторов твердотельные тонкопленочные Li-ионные батареи (ТТБ) обладают высокой плотностью энергии, отличаются безопасностью при эксплуатации, механической прочностью, широким диапазоном рабочих температур (-40 - 160ºС). Кроме того, трехмерная структура таких систем способствует увеличению эффективной площади активного материала, обеспечивая высокую объемную емкость, а также оптимизирует транспорт ионов Li+. Благодаря сочетанию компактности и уникальных свойств ТТБ перспективны в качестве источников энергии при использовании в микроэлектронике. Конструкция ТТБ очень проста и заключается в последовательном осаждении тонких пленок катода, твердого электролита и анода на проводящем субстрате. В настоящее время эффективное использование ТТБ связано, в основном, со сложностью однородного нанесения тонких пленок электролита на поверхность катода. Формирование однородных пленок до сих пор остается нерешенной задачей. Данный проект направлен на разработку метода нанесения тонких пленок в конструкции ТТБ, изучение механизма ионной проводимости, а также влияния буферных слоев на контактное сопротивление, возникающее на границе электрод – электролит. В рамках выявленных закономерностей, отдельной задачей проекта будет являться оптимизация конструкции ячейки в целом для улучшения эффективности её работы и эксплуатационных характеристик. В ходе выполнения проекта решены задачи по оптимизации методик синтеза и наработке чисто углеродных и гетерозамещенных углеродных наноструктур, приготовлены серии субстратов методом атомно-слоевого осаждения, проведена их всесторонняя характеризация с использованием современных физико-химических методов исследования. Выявлены оптимальные условия осаждения, методом РФЭС обнаружено наличие взаимодействий между слоями. Получены модификаторы электролитов литиевых батарей высоковольтные ионные жидкости [Bis(MEO)Mor][TFSI] и [Bis(MEO)Pip][TFSI]. Изучен процесс формирования ТТБ методом магнетронного распыления с использованием MoO3, тонких пленок LiPON и металлического лития. Установлено, что диффузия Li в 3D структуру катода более эффективна по сравнению с 2D, что связано с большей площадью границы раздела фаз между катодом и электролитом. Реализованы прототипы ТТБ с емкость от 266 мА.ч.г-1 при 50 мА.г-1.