Использование композитов на основе МУНТ и Si в качестве анодного материала в литий-ионных аккумуляторах

В работе проведено исследование возможности использования композитов на основе многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ), декорированных частицами кремния (Si) и карбида кремния (SiC) в качестве анодного  материала в литий-ионных источниках тока. Композиты МУНТ-Si и МУНТ-SiC (с различным соотношением  Si/SiC) получали путем высокотемпературной термической обработки МУНТ-Si с варьированием температуры  прогрева (1040 и 1350 °С). Структура и фазовый состав исследуемых композитов были охарактеризованы с использованием методов ПЭМ и РФА. Определение удельной емкости композитов в качестве анодного материала  проводили при плотностях тока от 0,05 до 2 А/г.

1. de las Casas C., LiW. A Review of Application of Carbon Nanotubes for Lithium Ion Battery Anode Material // Journal of Power Sources. 2012. Vol. 208. P. 74–85. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.02.013

2. Lahiri I., Choi W. Carbon Nanostructures in Lithium Ion Batteries: Past, Present, and Future // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2013. Vol. 38. P. 128–166. doi:10.1080/10408436.2012.729765

3. Sehrawat P., Julien C., Islam S. S. Carbon Nanotubes in Li-Ion Batteries: A Review // Materials Science and Engineering: B. 2016. Vol. 213. Vol. 12–40. doi:10.1016/j.mseb.2016.06.013

4. Sun X., Shao C., Zhang F., Li Y., Wu Q.-H., Yang Y. SiC Nanofibers as Long-Life Lithium-Ion Battery Anode Materials // Front. Chem. 2018. Vol. 6, № 166. doi:10.3389/fchem.2018.00166

5. Sun K., Wang T., Gong W., Lu W., He X., Eddings E. G., Fan M. Synthesis and Potential Applications of Silicon Carbide Nanomaterials / Nanocomposites // Ceramics International. 2022. Vol. 48. P. 32571–32587. doi:10.1016/j.ceramint.2022.07.204

6. Park M.-H., Kim M. G., Joo J., Kim K., Kim J., Ahn S., Cui Y., Cho J. Silicon Nanotube Battery Anodes. Nano Letters 2009, 9, 3844–3847, doi:10.1021/nl902058c.

7. Li P., Zhao G., Zheng X., Xu X., Yao C., Sun W., Dou S. X. Recent Progress on Silicon-Based Anode Materials for Practical Lithium-Ion Battery Applications // Energy Storage Materials. 2018. doi:10.1016/j.ensm.2018.07.014

8. Chadha U., Hafiz M., Bhardwaj P., Padmanaban S., Sinha S., Hariharan S., Kabra D., Venkatarangan V., Khanna M., Selvaraj S. K., et al. Theoretical Progresses in Silicon Anode Substitutes for Lithium-Ion Batteries // Journal of Energy Storage. 2022. Vol. 55. P. 105352. doi:10.1016/j.est.2022.105352

9. Zhang H., Xu H. Nanocrystalline Silicon Carbide Thin Film Electrodes for Lithium-Ion Batteries // Solid State Ionics. 2014. Vol. 263. P. 23–26. doi:10.1016/j.ssi.2014.04.020

10. Fang S., Shen L., Zhang X. Application of Carbon Nanotubes in Lithium-Ion Batteries // Industrial Applications of Carbon Nanotubes. Elsevier, 2017. P. 251–276.

11. Mathur R. B., Singh B. P., Pande S. Carbon Nanomaterials: Synthesis, Structure, Properties and Applications. CRC press: Boca Raton, 2017.

12. Rathinavel S., Priyadharshini K., Panda D. A Review on Carbon Nanotube: An Overview of Synthesis, Properties, Functionalization, Characterization, and the Application // Materials Science and Engineering: B. 2021. Vol. 268. P. 115095. doi:10.1016/j.mseb.2021.115095

13. Miao M. Electrical Conductivity of Pure Carbon Nanotube Yarns // Carbon. 2011. Vol. 49. P. 3755–3761. doi:10.1016/j.carbon.2011.05.008

14. Coppey N., Noé L., Monthioux M., Caussat B. Decorated Carbon Nanotubes by Silicon Deposition in Fluidized Bed for Li-Ion Battery Anodes // Chemical Engineering Research and Design. 2013. Vol. 91. P. 2491–2496. doi:10.1016/j.cherd.2013.01.002

15. Kuznetsov V. L., Krasnikov D. V., Schmakov A. N., Elumeeva K. V. In Situ and Ex Situ Time Resolved Study of Multi-Component Fe-Co Oxide Catalyst Activation during MWNT Synthesis: Multi-Component Fe-Co Oxide Catalyst Activation // Phys. Status Solidi B. 2012. Vol. 249. P. 2390–2394. doi:10.1002/pssb.201200120

16. Zavorin A. V., Kuznetsov V. L., Moseenkov S. I., Tsendsuren T.-O., Volodin V. A., Galkin P. S., Ishchenko A. V. Chemical Vapor Deposition of Silicon Nanoparticles on the Surface of Multiwalled Carbon Nanotubes // Journal Struct. Chem. 2020. Vol. 61. Vol. 617–627. doi:10.1134/S0022476620040162

17. Заворин А. В. , Мосеенков С. И., Селютин А. Г., Серкова А. Н., Цэндсурэн Ц.-О., Кузнецов В. Л. Влияние термической обработки на структуру композитов МУНТ-Si. 2022. С. 76–77 [Электронный ресурс]. URL: http://Conf.Nsc.Ru/SRTCFM-2022/En/Invitation