Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 6
1.1 Современные материалы для литий-ионных аккумуляторов 6
1.1.1 Свойства и применение LiB 6
1.1.2 Катоды для LiB 9
1.1.3 Аноды для LiB 12
1.2 Перспективы использования олова в LiB 14
2 Методы проведения экспериментов и исследования 20
2.1 Метод электроосаждения 20
2.2 Электронная сканирующая микроскопия 23
3 Получение и исследование электролитического осадка кристаллов олова 27
3.1 Технологические параметры электроосаждения 27
3.2 Морфология электролитического осадка 30
3.3 Методика получения микролент олова 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 39
Энергия является одной из самых важных тем 21 века. Из-за истощения ископаемого топлива и все более усугубляющейся ситуацией с загрязнением окружающей среды, вызванным огромным его потреблением, на сегодняшний день существует высокая потребность в способах эффективного использования энергии и поиске возобновляемых и чистых ее источников, которые смогут стать заменой традиционным энергоресурсам, чтобы обеспечить устойчивое развитие нашей экономики и общества.
Актуальность выбранной темы связана с тем, что аккумулирование энергии, являющееся промежуточным шагом к универсальному, чистому и эффективному ее использованию, вызывает большой интерес во всем мире и растущий темп исследований в этой области. Перспективным способом сохранения производимой электроэнергии является использование литий- ионных батарей (LiB), являющиеся перезаряжаемыми источниками питания. Они могут накапливать больше энергии на вес, чем их конкуренты: никель- металлогидридные, никель-кадмиевые или свинцово-кислотные батареи [1]. Изученных материалов для изготовления литий-ионных батарей большое количество и одним из перспективных материалов является олово при изготовлении анодов.
Проблема заключается в том, что потенциал использования олова в аккумуляторах падает ввиду способности олова увеличиваться в объеме, что может приводить к снижению электрохимических параметров и повреждению батареи. Одним из способов противодействию этому злокачественному явлению является управление ростом кристаллов олова, используемых для производства батарей.
Цель работы - получение микрокристаллов олова заданной морфологии и структурой.
Данная цель реализуется с помощью решения следующих задач:
1. Провести литературный обзор по материалам, используемым при изготовлении литий-ионных аккумуляторов;
2. Изучить способы контролировать морфологию кристаллов олова, в частности методом электроосаждения;
3. Выявить закономерность между видом получаемых кристаллов и технологическими параметрами процесса электроосаждения;
4. Описать методику получения кристаллов олова в виде лент.
Объектом работы являются кристаллы олова с установленным морфологическим типом.
Предмет работы - процесс электроосаждения с регулируемыми технологическими параметрами, работа над получаемыми кристаллами с помощью электронной сканирующей микроскопией, составление методики получения кристаллов в виде лент.
Новизна работы - характеризуется тем, что в выпускной квалификационной работе описана авторская методика получения микрокристаллов олова методом электроосаждения, которая, на основании литературного обзора, является достаточно эффективной и простой для практики.
Работа состоит из аннотации, введения, трех глав основной части, заключения и списка используемой литературы.
Электроэнергия - очень ценный ресурс, который влияет на многие аспекты нашей жизни. Материалы, которые добываются, перерабатываются и используется для ее производства, чаще всего имеют ограниченный ресурс. Поэтому так остро стоит вопрос об аккумулировании электроэнергии для более рационального ее использования.
Одним из перспективных способов хранения электричества являются литий-ионные аккумуляторы. Графит является наиболее часто используемым коммерческим анодным материалом, он обладает низкой емкостью 372 мАч/г, что ограничивает применение в крупногабаритных накопителях энергии. Таким образом, в настоящее время большие усилия направлены на исследование новых анодных материалов с высокой скоростью переноса ионов Li+ и длительной циклической стабильностью. Среди анодных материалов для LiB Sn широко рассматривается как многообещающая альтернатива коммерческому графитовому аноду из-за его высокой теоретической удельной емкости 992 мАч/г и относительно низкого потенциала разряда по сравнению с Li/Li+ [66]. Тем не менее, практическое применение Sn страдает от серьезных проблем растрескивания материала и агрегации частиц, вызванных большим изменением объема во время процессов зарядки /разрядки, что приводит к быстрому уменьшению емкости и плохой стабильности при циклировании [67]. Одним из способов решить эту проблему является структурирование Sn.
При решении задач по разработке методики получения кристаллов олова в виде лент, была проведена серия экспериментов по электроосаждению олова в гальваностатическом режиме на подложке из нержавеющей стали в сернокислом растворе электролита. Результаты и параметры проведения экспериментов проанализированы и получен интервал плотности тока, в котором при данных условиях могут быть получены необходимые кристаллы олова в виде лент (плотность тока 85 А/м2 и время осаждения 1 час). Ниже этого интервала плотности тока формировались микрокристаллы простых форм, которые были равномерно распределены по поверхности подложки. Выше полученного интервала формировались микрокристаллы разветвленные и чешуйчатые ленточные микрокристаллы.
Микрокристаллы олова в виде лент обладают перспективой практического применения в силу уникальных свойств олова, рассмотренных в данной работе, аноды на основе них имеют хорошую эффективность в аккомодации изменения в объеме при циклировании и сокращении путей диффузии лития. Они могут применяться как в чистом виде, так и в связанном с другими материалами, например с кислородом, серой. А простота приведенной методики позволяет получать микроленты не используя различные химикаты, примесей в производстве, высоких температур.
