Н ОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ЛИТИЙ - ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОЕМКОСТЬЮ И МОЩНОСТЬЮ. - презентация

1 Н ОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И НАНОМАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ЛИТИЙ - ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С ВЫСОКОЙ УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГОЕМКОСТЬЮ И МОЩНОСТЬЮ

2 А ККУМУЛЯТОРЫ 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

3 Д ИНАМИКА РЫНКА А ККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Динамика продаж аккумуляторов по сферам применения Динамика продаж аккумуляторов по видам Продажи батарей в мире, МВт*ч, Мировой рынок тонкопленочных аккумуляторов по видам их применения, млн.$ Рынок аккумуляторных батарей, млн. $

4 М АЛОГАБАРИТНЫЕ L I - ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ : ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ 4 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 1 м Ач Масса 1– 5 г Энергоемкость 10 – 50 м Ач Тонкопленочные МиниатюрныеМалогабаритные Источники питания смарт-карт, миниатюрных автономных датчиков Устройства специального назначения, датчики, средства связи Гибридные электромобили, роботы, беспилотная авиация, спецтехника - снижение стоимости изделий

5 О ЖИДАЕМЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОДУКТОВ 5 Высокая удельная энергоемкость Большие токи разряда Большой срок службы Обеспечивается уникальными свойствами разрабатываемых новых анодных и катодных наноматериалов (Интеркаляционная емкость a-Si, > 2500 м Ач; LiCoO 2, LiFePO4, > 250 м Ач/г). Обеспечиваются малыми размерами и большой удельной поверхностью (>1000 м 2 /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.

6 О БЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ 6 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.

7 Плазма Микрокапли Лазерный луч Подложка Кремний Наночастицы 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 Л АЗЕРНОЕ Э ЛЕКТРОДИСПЕРГИРОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО АМОРФНОГО КРЕМНИЯ И ДРУГИХ АМОРФНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ : Основным процессом получения наноструктурированных аморфных материалов является электродиспергирование:

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

9 Li 5 В 4 В 3 В Углерод Me x O y Si Li 4 Ti 5 O 12 Sn LiMePO 4 (Me=Mn, Ni, Co, Cr) Si/C композиты Графит Отрицательные электроды Положительные электроды LiFePO 4 Оксиды ванадия LiMn 2-x MexO 4 (Me=Mn, Co, Cr, Ni, Al) LiCo 1-x MeO 2 (Me=Co, Ni, Cr, Al) Диаграмма электродных материалов ЛИА

10 Электрохимическая система Up,BUp,B Q k, м Ач/г Qa, м Ач/г Q акк, м Ач/г W, Втч/кг LiCoO 2 /C LiFePO 4 /C LiV 2 O 5 /C LiCoO 2 /Si LiFePO 4 /Si LiV 2 O 5 /Si LiCoO 2 /LiTi 5 O LiFePO 4 /LiTi 5 O LiV 2 O 5 / LiTi 5 O Емкостные характеристики различных электрохимических систем

11 Основные этапы проведения исследований и развития проекта. Достигнутые результаты: -Разработан новый аморфный наноматериал на основе кремния для анода -Проведены электрические испытания нового анодного материала: получены результаты подтверждающие уникальность и перспективность использования материала в производстве Li-ion батарей Проводимые работы и план работ на ближайшее будущее: -Проводятся работы по методам травления металлических электродов -Начаты работы по разработке и выбору компонентов для создания нового наноматериала для катода -Планируется проведение ряда электрических испытаний получаемых катодных материалов -В 2011 году будут начаты работы по изучению и выбору материалов для улучшения электролита Li-ion батарей