"Физика и техника полупроводников"
Вышедшие номера
Электрохимические характеристики наноструктурированных кремниевых анодов для литий-ионных аккумуляторов
Астрова Е.В.1, Ли Г.В.1, Румянцев А.M.1, Жданов В.В.1
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
Email: east@mail.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 2 июня 2015 г.
Выставление онлайн: 20 января 2016 г.

Изучены периодические высокоаспектные структуры с тонкими вертикальными стенками с точки зрения применимости их в качестве отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов. Наноструктуры изготовлены из монокристаллического кремния с помощью фотолитографии, электрохимического анодирования и последующего анизотропного шейпинга. Проведено сравнение емкости на единицу видимой поверхности электрода и удельной площади внутренней поверхности для структур разной архитектуры: одномерных --- столбиков, двумерных --- зигзагообразных стенок и трехмерных структур в виде сетки. Основное внимание уделено ресурсным испытаниям анодов на основе зигзага и сетки путем гальваностатического циклирования их в полуячейках с литиевым противоэлектродом. Определено влияние геометрических параметров Si-структур и режима тестирования на скорость деградации. Показано, что лимитирующим фактором процесса внедрения и экстракции лития является диффузия, а ресурс электрода резко возрастает при ограничении зарядной емкости величиной ~1000 мА · ч/г. При этом наноструктуры со стенками толщиной 300 нм, подвергшиеся циклическим испытаниям со скоростью 0.36 C, сохраняют постоянное значение разрядной емкости и кулоновскую эффективность, близкую к 100%, в течение более чем 1000 циклов.
  1. M. Ge, X. Fang, J. Rong, C. Zhou. Nanotechnology, 24, 422001 (2013)
  2. C.K. Chan, H. Peng, G. Liu, K. McIlwrath, X.F. Zhang, R.A. Huggins, Y. Cui. Nat. Nanotechnol. 3, 31 (2008)
  3. H. Wu, Yi Cui. Nano Today, 7 (5), 414 (2012)
  4. E. Quiroga-Gonzalez, J. Carstensen, H. Foll. Electrochimica Acta, 101, 93 (2013)
  5. E. Quiroga-Gonzalez, J. Carstensen, H. Foll. Energies, 6, 5145 (2013)
  6. E. Quiroga-Gonzalez, E. Ossei-Wusu, J. Carstensen, H. Foll. J. Electrochem. Soc., 158, E119 (2011)
  7. H.T. Nguyen, F. Yao, M.R. Zamfir, Ch. Biswas, K.P. So, Y.H. Lee, S.M. Kim, S.N. Cha, J.M. Kim, D. Pribat. Adv. Energy Mater., 1, 1154 (2011)
  8. M. Ge, J. Rong, X. Fang, C. Zhou. Nano Lett., 12, 2318 (2012)
  9. J. Armstrong, C. O'Dwyer, W.J. Macklin, J.D. Holmes. Nano Research, 7 (1), 1 (2014)
  10. Т.Л. Кулова, А.М. Скундин, Ю.В. Плесков, О.И. Коньков, Е.И. Теруков, И.Н. Трапезникова. ФТП, 40 (4), 473 (2006)
  11. C. Yu, X. Li, T. Ma, J. Rong, R. Zhang, J. Shaffer, Y. An, Q. Liu, B. Wei, H. Jiang. Adv. Energy Mater., 2, 68 (2012)
  12. А.В. Черниенко, Е.В. Астрова, Ю.А. Жарова. Письма ЖТФ, 39, 17 (2013)
  13. Е.В. Астрова, А.В. Парфеньева, Г.В. Ли, Ю.А. Жарова. ФТП, 49 (4), 561 (2015)
  14. Е.В. Астрова, Е.Ф. Федулова, И.А. Смирнова, А.Д. Ременюк, Т.Л. Кулова, А.М. Скундин. Письма ЖТФ, 37 (15), 87 (2011)
  15. V. Lehmann. Electrochemistry of Silicon (Weinheim, Wiley-VCH, 2002) chap. 9, p. 183
  16. J.L. Goldman, B.R. Long, A.A. Gewirth, R.G. Nuzzo. Adv. Funct. Mater., 21, 2412 (2011)
  17. S.W. Lee, M.T. McDowell, J.W. Choi, Y. Cui. Nano Lett., 11, 3034 (2011)
  18. H. Yang, S. Huang, X. Huang, F. Fan, W. Liang, X.H. Liu, L.-Q. Chen, J.Y. Huang, J. Li, T. Zhu, S. Zhang. Nano Lett., 12, 1953 (2012)
  19. Г.В. Ли, Е.В. Астрова, А.M. Румянцев, В.Б. Воронков, А.В. Парфеньева, В.А. Толмачев, Т.Л. Кулова, А.М. Скундин. Электрохимия, 51 (10), 1020 (2015)
  20. Е.В. Астрова, Г.В. Ли, А.В. Парфеньева, А.М. Румянцев, В.В. Жданов, С.И. Павлов, В.C. Левицкий, Е.И. Теруков, В.Ю. Давыдов. ЖТФ, 85 (4), 52 (2015)
  21. Г.В. Ли, Т.Л. Кулова, В.А. Толмачев, А.В. Черниенко, М.А. Баранов, С.И. Павлов, Е.В. Астрова, А.М. Скундин. ФТП, 47 (9), 1288 (2013)
  22. 8.514 http://www.shanshantech.com/en/Productsinfo.aspx?ProductsID= 23\&CateId=118
  23. 8.514 http://www.shanshantech.com/en/Productsinfo.aspx?ProductsID= 20\&CateId=117
  24. X.H. Liu, L. Zhong, S. Huang, S.X. Mao, T. Zhu, J.Y. Huang. ACS Nano, 6 (2), 1522 (2012)
  25. H. Yang, F. Fan, W. Liang, X. Guo, T. Zhu, S. Zhang. J. Mech. Phys. Solids, 70, 349 (2014)
  26. M. Green, E. Fielder, B. Scrosati, M. Wachtler, J.S. Moreno. Electrochem. Solid-State Lett., 6, A75 (2003)
  27. H. Ghassemi, M. Au, N. Chen, P.A. Heiden, R.S. Yassar. ACS Nano, 5 (10), 7805 (2011)
  28. А. Милнс. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках (М., Мир, 1977) с. 47
  29. I. Ryu, J.W. Choi, Y. Cui, W.D. Nix. J. Mech. Phys. Solids, 59, 1717 (2011)
  30. U. Kasavajjula, C. Wang, A.J. Appleby. J. Power Sources, 163, 1003 (2007)
  31. L. Baggetto, D. Danilov, P.H. Notten. Adv. Mater., 23, 1563 (2011)
  32. J. Wan, A.F. Kaplan, J. Zheng, X. Han, Y. Chen, N.J. Weadock, N. Faenza, S. Lacey, T. Li, J. Guo, L. Hu. J. Mater. Chem. A, 2, 6051 (2014)
  33. E. Quiroga-Gonzalez, J. Carstensen, H. Foll. Materials, 6, 626 (2013)

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.