ИСТИНА

Данный проект посвящен исследованию механизмов плазмохимического синтеза наноструктурных углеродных пленок и последующему созданию композитного анодного материала (углерод/кремний) с трехмерным распределением активного вещества для планарных и гибких литий-ионных батарей.

В ходе выполнения первого этапа были получены следующие результаты: 1. Было проведено систематическое исследование влияния параметров тлеющего разряда постоянного тока в метан-водородной смеси на структурные свойства НКГ пленок. 2. В результате исследований методом рамановской спектроскопии НКГ пленок, синтезированных при различных параметрах газового разряда, продемонстрирована корреляция между структурными свойствами НКГ пленок и условиями их плазмохимического осаждения. 3. Изучено влияние температуры поверхности подложки в процессе синтеза на структурные и автоэмиссионные свойства НКГ пленок. Показано, что при фиксированных условиях разряда температура поверхности подложки является ключевым параметром, определяющим размеры углеродных наностенок, а также геометрию и поверхностную плотность конусообразных нанотрубок, формирующих НКГ пленку. 4. Были изучены факторы, оказывающие влияние на образование центров вторичной нуклеации на поверхности НКГ пленки. Дана интерпретация механизмам образования вторичных углеродных наноструктур на поверхности НКГ пленки. 5. Основываясь на полученные данные по изучению плазмохимического осаждения НКГ пленок, была предложена качественная модель, описывающая нуклеацию и рост углеродных структур, образующих НКГ пленку. 6. Впервые на поверхности НКГ пленок, сформированных плотным массивом высокоориентированных наностенок, был произведен синтез Pt(Cu)/наностенка – катализатора методом гальванического вытеснения (замещения) предварительно осажденной меди. При этом было изучено влияние морфологии медного осадка на поверхности наностенок на структуру Pt(Cu)/наностенка - катализатора и его электрохимические свойства. 7. Изучено влияние структурных свойств НКГ пленок на их электрохимическую емкость. Было показано, что НКГ пленки могут рассматриваться как перспективный материал для тонкопленочных суперконденсаторов. 8. По результатам работы опубликовано 4 статьи в международных журналах: • «Пленки нанокристаллического графита, синтезированные в плазме разряда постоянного тока, как материал для электрохимических конденсаторов», П. В. Воронин, В. А. Кривченко, Д. М. Иткис, Д. А. Семененко, А. Т. Рахимов, Письма в ЖТФ, том 38, вып. 17, 2012. • «Influence of the growth temperature on structural and electron field emission properties of carbon nanowall/nanotube films synthesized by catalyst-free PECVD», Krivchenko Victor, Shevnin Pavel, Pilevsky Andrey, Egorov Aleksander, Suetin Nikolay, Sen Vasiliy, Evlashin Stanislav, Rakhimov Aleksander, Journal of Materials Chemistry, 22(32), 16458-16464, 2012. • «Specific features of the formation of Pt(Cu) catalysts by galvanic displacement with carbon nanowalls used as support», Boris I Podlovchenko, Victor A Krivchenko; Jury M Maksimov; Tatjana D Dladysheva; Lada V Yashina; Stanislav A Evlashin; Andrej A Pilevsky, Electrochimica Acta, 76, 137-144, 2012. • «Effect of copper deposit morphology on the characteristics of a Pt(Cu)/C-catalyst obtained by galvanic displacement», Boris I. Podlovchenko, Tatyana D. Gladysheva, Victor A. Krivchenko, Yurii M. Maksimov, Alexander Yu. Filatova, Lada V. Yashina, Mendeleev Commun., 22, 203-205, 2012. Было представлено 2 доклада на международной конференции: • «Secondary nucleation on carbon nanowalls for supercapacitors», V.A. Krivchenko, P.V. Voronin, K.V. Mironovich, D.M. Itkis, D.A. Semenenko, A.T. Rakhimov, VII International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY, PPPT-7, Minsk, Belarus. • «Investigation of mechanisms of secondary nucleation on carbon nanowalls in plasma of direct current glow discharge», V.A. Krivchenko, P.V. Voronin, K.V. Mironovich, A.T. Rakhimov, VII International Conference PLASMA PHYSICS AND PLASMA TECHNOLOGY, PPPT-7, Minsk, Belarus. В ходе выполнения второго этапа, был синтезирован и изучен новый тонкопленочный анодный материал на основе плазмохимически синтезированных НКГ пленок и кремния. Были проведены электрохимические измерения, направленные на изучение влияния структурных свойств анодного материала на его электрохимические характеристики. Были установлены основные экспериментальные зависимости между структурными и электрохимическими свойствами нового тонкопленочного анодного материала на основе НКГ и кремния. Были впервые созданы прототипы литий-ионных аккумуляторов на основе новой электрохимической системы НКГ/Si-LixV2O5, и, тем самым, была продемонстрирована возможность использования НКГ/Si материала в реальных системах. Проведенные оценки параметров твердотельной тонкопленочной литий-ионной батареи на основе разработанного анодного материала показали, его перспективность и конкурентоспособность в сравнении другими коммерчески доступными материалами. В целом исследования представляют существенный задел для проведения дальнейших научно-технических исследований, связанных с получением электродных материалов для литий-ионных аккумуляторов нового поколения. К выполнению работ привлекались аспиранты физического факультета МГУ, а также молодые специалисты – сотрудники НИИЯФ МГУ. Полученные результаты полностью соответствуют требованиям Технического задания. При этом стоит подчеркнуть то, что результаты по созданию прототипов литий-ионных аккумуляторов носят предварительный характер, и требуют проведения дополнительных исследований. В частности до конца не изучено влияние структурных свойств катодного материала на основе LixV2O5 на его электрохимические свойства. Для этого необходимо проведение научно-исследовательской работы в области изучения механизмов гидротермального синтеза наноструктурного оксида ванадия. Отдельный интерес представляют исследования, направленные на модификацию и изучение структурных и функциональных свойств анодного материала НКГ/М. При этом в качестве М могут выступать такие элементы как германий и олово, либо сплав германий-кремний.