Статья

Название статьи ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ОКСИДА ТИТАНА, ПОКРЫТОГО УЛЬТРАТОНКИМИ ГРАФИТОВЫМИ СЛОЯМИ
Автор А.Н. Белов, М.В. Кислицин, А.А. Строганов, А.В. Сыса, В.И. Шевяков
Рубрика РАЗДЕЛ II. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Месяц, год 09, 2015
Индекс УДК 538.91
DOI
Аннотация Показано, что увеличение емкости литий-ионных батарей возможно при использовании электродов с высокой эффективной площадью поверхности, которой обладают пористые и кристаллические анодные оксиды металлов, например оксид титана, который представляет собой массив наноразмерных столбиков, геометрические параметры которого возможно изменять варьируя технологические особенности его формирования. Отмечено, что конформное нанесение углеродных слоев на развитую поверхность таких наноструктур позволит увеличить поверхность катода в несколько раз. Представлены результаты исследования технологии синтеза композита на основе наноструктурированного оксида титана, покрытого ультратонкими графитовыми слоями. Продемострированы особенности формирования оксида титана, имеющего столбчатую структуру, анодным окислением двухслойного покрытия титан–алюминий. Такая форма поверхности наноструктуры связана с перемещением фронта образования оксида титана вдоль пор оксида алюминия в процессе окисления. В частности, показано, что оксид титана обладающий наибольшей эффективной площадью поверхности может быть получен при использовании электролита на основе щавелевой кислоты. Результатами исследования просвечивающей электронной микроскопии и Рамановской спектроскопии доказана возможность осаждения ультратонких слоев графита. Установлено, что количество графитовых монослоев увеличивается от верхней части титановых столбов к их основанию. Минимальное количество монослоев графита (IG/I2D = 0,5–0,8) образуется в верхней части столбов, а при приближении к основанию их число растет. У основания столбов имеет место отношение интенсивностей IG/I2D = 1,8–2,5. По-нашему мнению это связано с размерными эффектами, возникающими из-за малого радиуса кривизны нанокристаллов. Продемонстрировано увеличение площади поверхности на основе синтезированного композита в 9,5 раз.

Скачать в PDF

Ключевые слова Литий–ионный аккумулятор; композит; графит; оксид титана; ультратонкий слой; пиролиз этанола; массив наноразмерных столбов; наноструктура.
Библиографический список 1. Scrosati Bruno, Garche Jьrgen. Lithium batteries: Status, prospects and future // Journal of Power Sources. – 2010. – Vol. 195. – P. 2419-2430.
2. Subrahmanyam Goriparti, Ermanno Miele, Francesco De Angelis, Enzo Di Fabrizio, Remo Proietti Zaccaria, Claudio Capiglia. Review on recent progress of nanostructured anode materials for Li-ion batteries // Journal of Power Sources. – 2014. – Vol. 257. – P. 421-443.
3. Languang Lu, Xuebing Han, Jianqiu Li, Jianfeng Hua, Minggao Ouyang. A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles // Journal of Power Sources. – 2013. – Vol. 226. – P. 272-288.
4. Uttam Kumar Sen, Apoorv Shaligram, and Sagar Mitra. Intercalation Anode Material for Lithium Ion Battery Based on Molybdenum Dioxide // ACS Appl. Mater. Interfaces. – 2014. – Vol. 6. – P. 14311-14319.
5. Naoki Nitta, Feixiang Wu1, Jung Tae Lee, Gleb Yushin. Li-ion battery materials: present and future // MaterialsToday. – 2015. – Vol. 18. – P. 252-264.
6. Shiyou Zheng, Yvonne Chen, Yunhua Xu, Feng Yi, Yujie Zhu, Yihang Liu, Junhe Yang, and Chunsheng Wang. In Situ Formed Lithium Sulfide/Microporous Carbon Cathodes for Lithium-Ion Batteries // ACS Nano. – 2013. – Vol. 7. – P. 10995-11003.
7. Haifang Ni, Jinkun Liu and Li-Zhen Fan. Carbon-coated LiFePO4–porous carbon composites as cathode materials for lithium ion batteries // Nanoscale. – 2013. – Vol. 5. – P. 2164-2168.
8. Cao Q., Zhang H.P., Wang G.J., Xia Q., Wu Y.P., Wu H.Q. A novel carbon-coated LiCoO2 as cathode material for lithium ion battery // Electrochemistry Communications. – 2007. – Vol. 9. – P. 1228-1232.
9. Chu Liang, Mingxia Gao, Hongge Pan, Yongfeng Liu, Mi Yan. Lithium alloys and metal oxides as high-capacity anode materials for lithium-ion batteries // Journal of Alloys and Compounds. – 2013. – Vol. 575. – P. 246-256.
10. Кедринский И.А., Яковлев В.Г. Литий-ионные аккумуляторы. – Красноярск: Платина, 2002. – 268 с.
11. Wu Y.P., Rahm E. and Holze R. Carbon anode materials for lithium ion batteries // Journal of Power Sources. – 2003. – Vol. 144. – P. 228-236.
12. Chuanmin Ruan, Maggie Paulose, Oomman K. Varghese, Gopal K. Mor, Craig A. Grimes Fabrication of Highly Ordered TiO2 Nanotube Arrays Using an Organic Electrolyte // Journal of Physical Chemistry B. – 2005. – No. 109. – P. 15754-15759.
13. Sonoda T., Kato M., Katou K., Asahina T. Surface structure of Ti-O films formed on pure titanium by anodic oxidation // Journal of Physics: Conference Series. – 2007. – No. 61. – P. 1091-1096.
14. Xinsheng Peng, Jingpengwang, Dan F Thomas Aicheng. ChenTunable growth of TiO2 nanostructures on Ti substrates // Nanotechnology. – 2005. – No. 16. – P. 2389-2395.
15. Marн B., Mollar M., Mechkour A., Hartiti B., Perales M. and Cembrero J. Optical properties of nanocolumnar ZnO crystals // Microelectron. J. – 2004. – Vol. 35. – P. 79-82.
16. Fernandez I., Cremades A., Piqueras J. Cathodoluminescence study of defects in deformed (110) and (100) surfaces of TiO2 single crystals // Semicond. Sci. Technol. – 2005. – Vol. 20. – P. 239-243.
17. Белов А.Н. Формирование наноструктурированного оксида титана методом анодного окисления двухслойных структур алюминий–титан // Нанотехника. – 2010. – Т. 21, № 1. C. 78-81.
18. Белов А.Н., Гаврилов С.А., Шевяков В.И. Особенности получения наноструктурированного анодного оксида алюминия // Российские нанотехнологии. – 2006. – T. 1, № 1-2. – C. 223-227.
19. Tao Hu, Xiang Sun, Hongtao Sun, Mingpeng Yu, Fengyuan Lu, Changsheng Liu Jie Lian. Flexible free-standing graphene–TiO2 hybrid paper for use as lithium ion battery anode materials // Carbon. – 2013. – Vol. 51. – P. 322-326.
20. Белов А.Н., Волосова Ю.В., Гаврилов С.А., Редичев Е.Н., Шевяков В.И. Электрохимический реактор для получения пористых анодных оксидов металлов и полупроводников // Нанотехника. – 2011. – № 4. – С. 58-61.

Comments are closed.