Разработка новых химически неоднородных тонкопленочных систем катод-твердый электролит на базе литийсодержащих оксидов переходных металлов, полученных методом молекулярного наслаивания, для твердотельных источников тока, работоспособных при сверхбыстром заряде/разряде

Актуальность проекта заключается в объективной необходимости развития индустрии экологически чистых источников тока в России. Особую актуальность данная тематика имеет в связи с заметным отставанием России от развитых стран в области разработки и внедрения электрохимических источников энергии, в частности литий-ионных аккумуляторов, в том числе и для микроэлектронных устройств. Для питания миниатюрных и гибких устройств (биосенсоры, беспроводные датчики со встроенными источниками питания, автономные детекторы света, звука, изменения химического состава газа и т. д.) необходимо использование твердотельных литий-ионных аккумуляторов (ТЛИА), изготовленных с использованием технологий нанесения тонких плёнок. В настоящее время ввиду низкой энергоёмкости они не находят широкого применения, однако, по мнению представителей ряда крупных производителей (Samsung, LG) внедрение твердотельных тонкоплёночных ЛИА для питания электронной техники может быть реализовано уже в ближайшие несколько лет. В этой связи многие группы учёных проводят поисковые научные исследования в области разработки материалов для ТЛИА. Электрохимическая система твердотельных литий-ионных аккумуляторов состоит из плёнок анода, твердого электролита (также выполняет функцию сепаратора) и катода, нанесённых последовательно друга на друга. В качестве катода и анода могут быть использованы плёнки с составом и структурой как у активных катодных и анодных материалов, применяемых при разработке промышленных литий-ионных аккумуляторов. В качестве электролита могут выступать различные ионные проводники. В этой связи, изучение электрохимических процессов, в тонких плёнках будет способствовать не только разработке более совершенных ТЛИА, но и более глубокому понимаю протекания начальных стадий интеркалляции (деинтеркалляции) ионов лития в (из) активные (ых) материалов ЛИА, в том числе и при сверхбыстром заряде/разряде.Никелат лития является перспективным катодным материалом ТЛИА, обладающий существенно большей емкостью по сравнению с LiCoO2, который применяется в большинстве ТЛИА, при заряде/разряде в том же окне потенциалов (2.7-4.2В). Вследствие, более дешевого сырья стоимость данного катодного материала должна быть ниже. Однако, порошки никелата лития долгое время не выпускались промышленностью ввиду нестабильности его структуры при высокой степени заряда, а также повышенной окислительной способности поверхности. Для устранения недостатков, связанных со стабильностью структуры, для порошковых материалов успешно применяют допирование различными химическими элементами: Mg, Al, Ti, Mn, Fe, Co, Zn, Ga, Nb и F. Таким образом, допирование LiNiO2 может способствовать улучшению ряда электрохимических характеристик, что позволяет рассматривать его в качестве катодного материала для тонкопленочных литиевых источников тока.Научная новизна: в проекте предполагается впервые с применением метода молекулярного наслаивания изучить закономерности роста плёнок катодного материала на основе LiNiO2, допированного металлами из ряда Al, Mn, Co и ионно-проводящего покрытия на базе систем Li-Ta-O, Li-Ti-O, Li-Nb-O. В рамках проведения электрохимических исследований планируется определить влияние состава, структуры и толщин систем катод-ионный проводник на емкость, ресурс при различных скоростях зяряд/разряд. В научно-технической литературе имеются работы по синтезу и изучению электрохимических характеристик тонких пленок кобальтата лития (LiCoO2) для ТЛИА, однако работы, посвященные более перспективному катодному материалу для тонкопленочных ТЛИА - никелату лития (LiNiO2), к настоящему моменту, в базах данных Web of Science и Sсopus отсутствуют.