Новые технологии и наноматериалы для малогабаритных литий-ионных аккумуляторов с высокой удельной энергоемкостью и мощностью

АККУМУЛЯТОРЫ ЭНЕРГИИ: РАСПОЛОЖЕНИЕ В ЖИЗНЕННОМ ЦИКЛЕ
Начальные этапы обеспечивают лучшие возможности для:
Инноваций
Дифференциации продукта
Интеллектуальной собственности
время
зрелость продукта
Никель-
Кадмиевые
батареи
Водородные топливные элементы
Твердооксидные
топливные
элементы
Твердые
литиевые
батареи
начальный этап
рост
зрелость
спад
Необходимость улучшения тонкопленочных технологий
Литий-ионные батареи
Никель-Метал-
гибридный
Свинцово-
Кислотная
батарея
Тонкопленочные литиевые батареи
Высокие технические риски/компенсация
Литий-
Воздушные
батареи

ДИНАМИКА РЫНКА АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
Динамика продаж аккумуляторов по сферам применения
Динамика продаж аккумуляторов по видам
Продажи батарей в мире, МВт*ч, 1994-2009
Мировой рынок тонкопленочных аккумуляторов по видам их применения, млн.$
Рынок аккумуляторных батарей, 2005-2020 млн. $

МАЛОГАБАРИТНЫЕ LI-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ: ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ
Основные проблемы:
- увеличение удельной энергоемкости, токов разряда
- расширение температурного интервала работоспособности
увеличение срока службы (кол-во циклов заряд-разряд)
Масса от 50 до 500 г
Энергоемкость 2 – 10 Ач
Масса 0,2 - 1 г
Энергоемкость ≤1мАч
Масса 1– 5 г
Энергоемкость 10 – 50 мАч
Тонкопленочные
Миниатюрные
Малогабаритные
Источники питания смарт-карт,
миниатюрных автономных датчиков
Устройства специального
назначения, датчики,
средства связи
Гибридные электромобили,
роботы, беспилотная авиация,
спецтехника
- снижение стоимости
изделий

ОЖИДАЕМЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОДУКТОВ
Высокая удельная
энергоемкость
Большие токи
разряда
Большой срок
службы
Обеспечивается уникальными свойствами разрабатываемых
новых анодных и катодных наноматериалов
(Интеркаляционная емкость a-Si, > 2500 мАч; LiCoO2,
LiFePO4, > 250 мАч/г).
Обеспечиваются малыми размерами и большой удельной
поверхностью (>1000 м2/г) наночастиц анодного и катодного
материалов.
Возможность многократного циклирования заряд- разряд
(> 1000 циклов) обеспечивается структурой электродов -
композиты из наночастиц активного материала в смеси с углеродными материалами.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Специальная и военная техника:
- экипировка тех. служб и военных
- средства связи и технической разведки,
- приборы ночного видения,
- наземная и подводная робототехника,
- беспилотная авиация, микроспутники
Гражданская техника:
- гибридные электромобили,
- смарт-карты
- телекоммуникационное оборудование
- электроинструмент
- имплантаты и кардио-стимуляторы
Ожидается экономический эффект от:
- реализации широкого спектра продуктов(батареи пластиковых карт, имплантатов,
электронных устройств, гибридных автомобилей и т.д.),
- трансфера технологий, разработанных в результате проведения ОКР,
- продажи лицензий.

технологические параметры выбираются так, чтобы обеспечить:
- генерирование микро-капель на поверхности мишени и их
попадание в область плазмы
- заряд капель в плазме и последующего деления заряженных капель
на наночастицы
ЛАЗЕРНОЕ ЭЛЕКТРОДИСПЕРГИРОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО АМОРФНОГО КРЕМНИЯ И ДРУГИХ АМОРФНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ:
Основным процессом получения наноструктурированных аморфных материалов является электродиспергирование:

Изменение емкости тонкопленочных электродов из аморфного гидрогенизированного кремния по сравнению с обычными графитового электрода

Li
5 В
4 В
3 В
Углерод
MexOy
Si
Li4Ti5O12
Sn
LiMePO4 (Me=Mn, Ni, Co, Cr)
Si/C композиты
Графит
Отрицательные электроды
Положительные электроды
LiFePO4
Оксиды ванадия
LiMn2-xMexO4 (Me=Mn, Co, Cr, Ni, Al)
LiCo1-xMeO2 (Me=Co, Ni, Cr, Al)
Диаграмма электродных материалов ЛИА

Емкостные характеристики различных
электрохимических систем