Разработка и испытание опытных образцов кремний-углеродных композитов для анодов литий-ионных аккумуляторов.

1. Реферат Отчет 50 с., 26 рис., 3 табл., 14 лит. источников. Ключевые слова: углеродные материалы, нанокремний, моносилан, мультислойный графен, микроволновая технология, кремний-углеродные композиты, литий-ионные аккумуляторы. Цель работы – создание новых композиционных материалов для высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) на основе наноструктур углерода (термически расширенный графит, графен) и наночастиц кремния. Результаты работы: • разработан метод фторирования графита парами трифторида хлора и фтористого водорода при температурах 20, 50 и 100 оС, который позволяет получать фторированный графит с атомным отношением углерода к фтору близким к двум; • проведен синтез углеродного волокна из окисленного кукурузного крахмала и изучены его текстурные характеристики и химический состав; • разработана технология микроволновой эксфолиации фторированного графита, интеркалированного различными органическими веществами. Исследовано влияние различных интеркалатов на процессы термической и микроволновой эксфолиации (расщепления) и физико-химические свойства продукта – мультислойного графена (МСГ); • предложен способ синтеза кремний-углеродных композитов (получен патент). Оригинальность предложенного способа получения кремний-углеродных композитов заключается в том, что процесс синтеза осуществлялся одновременно с эксфолиацией под воздействием микроволнового (МВ) излучения интеркалатов фторированного графита, помещенных в смесь газов, содержащую моносилан (SiH4). Тепловыделение при МВ эксфолиации интеркалатов фторированного графита приводит к разложению моносилана и конденсации наночастиц кремния на слоях графена; • путем выбора прекурсора (интеркалатов фторированного графита), рабочих параметров МВ излучения, состава и давления газовой смеси аргон-моносилан удалось синтезировать кремний-углеродные композиты с заданным количественным содержанием наночастиц кремния, их распределением по объему композита, размером и структурой; • проведены исследования физико-химических свойств полученных композитов методами электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света; • изготовлены макеты литий-ионных аккумуляторов с использованием в качестве анодного материала кремний-углеродных композитов, синтезированных из различных прекурсоров. Начато тестирование ЛИА формата 2023 при заряд-разрядном циклировании. Результаты проведенной работы по синтезу кремний-углеродных композитов показали возможность промышленного их производства и использования при изготовлении анодов литий-ионных аккумуляторов высокой емкости Все пункты Технического задания были выполнены в соответствии с Календарным планом. По результатам работы подготовлен Промежуточный отчет (Регистрационный № 1211217000316-7 Инв. №001.21), поданы две заявки на патенты (2022118515 от 06.07.2022 и 2022104989 от 24.02.2022).