SnO2 жұқа пленкалы литий-ионды аккумуляторлардың аноды ретінде электрохимиялық сипаттамаларына шашырау шарттарының әсері
Қаралымдар: 349 / PDF жүктеулері: 127
DOI:
https://doi.org/10.32523/3107-278X-2026-154-1-26-36Кілт сөздер:
литий-ионды аккумуляторлар, SnO2, Ti/Pt аралық қабаты, радиожиілікті магнетронды шашырау, қыздыру, электрохимиялық көрсеткіштерАңдатпа
SnO2 жұқа пленкалы анодтары Ti–Pt аралық қабатымен қапталған тот баспайтын болат (SS) субстраттарына металл Sn нысанасын радио жиілікті магнетронды шашырату әдісі арқылы алынды. Пленкалар Ar/O2 атмосферасында бөлме температурасында (RT) және 300 °C-та тұндырылып, кейіннен 620 °C-та ауада күйдірілді. Пленкалардың құрылымы, морфологиясы және электрохимиялық қасиеттері жүйелі түрде зерттелді. Рентгендік дифракциялық талдау (XRD) нәтижелері бөгде фазаларсыз тетрагональды рутил құрылымды таза SnO2 фазасының түзілгенін растады. СЭМ (SEM) зерттеулері тұндыру температурасы мен термиялық өңдеуге байланысты түйіршік өлшемі мен беттік біртектіліктің айтарлықтай өзгеретінін көрсетті. CR2032 типті тиын элементтерінде жүргізілген электрохимиялық сынақтар SnO2 үшін конверсиялық және легірлеу реакцияларын қамтитын көпсатылы литийлену механизмін анықтады. Күйдіру кристалдылықты арттырып, поляризацияны төмендеткенімен, бөлме температурасында тұндырылған пленкалар жоғары температурада алынған үлгілермен салыстырғанда ұзақ мерзімді циклдік тұрақтылықтың жоғары көрсеткішін көрсетті. Алынған нәтижелер SnO2 жұқа қабатты анодтарының құрылымдық тұтастығы мен электрохимиялық тұрақтылығын басқаруда тұндыру температурасы мен аралық қабат конфигурациясының шешуші рөл атқаратынын көрсетеді.
Downloads
Әдебиеттер тізімі
Manthiram, A. (2020). A reflection on lithium-ion battery cathode chemistry. Nature communications, 11(1), 1550. https://doi.org/10.1038/s41467-020-15355-0
Nanda, J., Martha, S. K., & Kalyanaraman, R. (2015). High-capacity electrode materials for electrochemical energy storage: Role of nanoscale effects. Pramana, 84(6), 1073-1086. https://doi.org/10.1007/s12043-015-1006-8
Cameán, I., Lavela, P., Tirado, J. L., & García, A. B. (2010). On the electrochemical performance of anthracite-based graphite materials as anodes in lithium-ion batteries. Fuel, 89(5), 986-991. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.06.034
Poizot, P. L. S. G., Laruelle, S., Grugeon, S., Dupont, L., & Tarascon, J. M. (2000). Nano-sized transition-metal oxides as negative-electrode materials for lithium-ion batteries. Nature, 407(6803), 496-499. https://doi.org/10.1038/35035045
Cabana, J., Monconduit, L., Larcher, D., & Palacin, M. R. (2010). Beyond intercalation‐based Li‐ion batteries: the state of the art and challenges of electrode materials reacting through conversion reactions. Advanced materials, 22(35), E170-E192. https://doi.org/10.1002/adma.201000717
Kamali, A. R., & Fray, D. J. (2011). Tin-based materials as advanced anode materials for lithium ion batteries: a review. Rev. Adv. Mater. Sci, 27(1), 14-24.
Yegamkulov, M., Bakhytzhanova, Z., Bekmakhanova, A., Issatayev, N., Nurpeissova, A., Bakenov, Z., & Mukanova, A. (2025). Morphology and interfacial design of SnO2 thin-film anodes for high-performance lithium-ion batteries. RSC advances, 15(39), 32810-32820. https://doi.org/10.1039/D5RA05444C
Serikkazyyeva, A., Mashekova, A., Uzakbaiuly, B., Bakenov, Z., & Mukanova, A. (2023). Novel Li/LixSny thin film designed as an anode for lithium-ion microbatteries. Journal of Alloys and Compounds, 965, 171381. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171381
Asenbauer, J., Kuenzel, M., Eisenmann, T., Birrozzi, A., Chang, J. K., Passerini, S., & Bresser, D. (2020). Determination of the volume changes occurring for conversion/alloying-type Li-ion anodes upon lithiation/delithiation. The journal of physical chemistry letters, 11(19), 8238-8245. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02198
Yu, Y., Chen, C. H., & Shi, Y. (2007). A tin‐based amorphous oxide composite with a porous, spherical, multideck‐cage morphology as a highly reversible anode material for lithium‐ion batteries. Advanced materials, 19(7), 993-997. https://doi.org/10.1002/adma.200601667
Kebede, M. A. (2020). Tin oxide–based anodes for both lithium-ion and sodium-ion batteries. Current Opinion in Electrochemistry, 21, 182-187. https://doi.org/10.1016/j.coelec.2020.02.003
Huang, B., Li, X., Pei, Y., Li, S., Cao, X., Massé, R. C., & Cao, G. (2016). Novel carbon‐encapsulated porous SnO2 anode for lithium‐ion batteries with much improved cyclic stability. Small, 12(14), 1945-1955. https://doi.org/10.1002/smll.201503419
Teng, X., Zhang, F., Li, Q., Wang, X., Ye, W., Li, H., & Hu, H. (2020). Interfacial engineering of self-supported SnO2 nanorod arrays as anode for flexible lithium-ion batteries. Journal of The Electrochemical Society, 167(12). https://doi.org/10.1149/1945-7111/abac86
Omampuliyur, R. S., Bhuiyan, M., Han, Z., Jing, Z., Li, L., Fitzgerald, E. A., & Choi, W. K. (2015). Nanostructured thin film silicon anodes for Li-ion microbatteries. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 15(7), 4926-4933. https://doi.org/10.1166/jnn.2015.9831
Xia, Q., Zan, F., Zhang, Q., Liu, W., Li, Q., He, Y., & Xia, H. (2023). All‐solid‐state thin film lithium/lithium‐ion microbatteries for powering the Internet of things. Advanced Materials, 35(2), 2200538. https://doi.org/10.1002/adma.202200538
Nur-E-Alam, M., Lonsdale, W., Vasiliev, M., & Alameh, K. (2019). Application-specific oxide-based and metal–dielectric thin-film materials prepared by radio frequency magnetron sputtering. Materials, 12(20), 3448. https://doi.org/10.3390/ma12203448
Ren, J., Xu, G., Li, K., Yang, A., Chu, J., Yuan, H., & Wang, X. (2025). Research on the fabrication process of DMC sensors based on RF magnetron sputtered SnO2 thin films. Sensors and Actuators A: Physical, 117088. https://doi.org/10.1016/j.sna.2025.117088
Kumar, S. S., Rubio, E. J., Noor-A-Alam, M., Martinez, G., Manandhar, S., Shutthanandan, V., & Ramana, C. V. (2013). Structure, morphology, and optical properties of amorphous and nanocrystalline gallium oxide thin films. The Journal of Physical Chemistry C, 117(8), 4194-4200. https://doi.org/10.1021/jp311300e
Ghantasala, S. B. & Sharma, S. (2023). Magnetron sputtered thin films based on transition metal nitride: structure and properties, Phys. Status Solidi A, 220, 2200229. https://doi.org/10.1002/pssa.202200229
Morankar, P. J., Amate, R. U., Yewale, M. A., & Jeon, C. W. (2024). Effect of annealing temperature on morphology and electrochromic performance of electrodeposited WO3 thin films. Crystals, 14(12), 1038. https://doi.org/10.3390/cryst14121038
Shao, C., Yu, J., Li, X., Wang, X., & Zhu, K. (2017). Influence of the Pt nanoscale interlayer on stability and electrical property of Ti/Pt/Sb-SnO2 electrode: a synergetic experimental and computational study. Journal of Electroanalytical Chemistry, 804, 140-147. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.09.057
Courtney, I. A., & Dahn, J. R. (1997). Electrochemical and in situ X‐ray diffraction studies of the reaction of lithium with tin oxide composites. Journal of the Electrochemical Society, 144(6), 2045-2052. https://doi.org/10.1149/1.1837740
Habte, A. G., Hone, F. G., & Dejene, F. B. (2020). Influence of annealing temperature on the structural, morphological and optical properties of SnO2 nanoparticles. Physica B: condensed Matter, 580, 411760. https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411760
Dong, W., Xu, J., Wang, C., Lu, Y., Liu, X., Wang, X. & Huang, F. (2017). A robust and conductive black tin oxide nanostructure makes efficient lithium‐ion batteries possible. Advanced materials, 29(24), 1700136. https://doi.org/10.1002/adma.201700136
Zhang, W., Cai, T. H., & Sheldon, B. W. (2019). The impact of initial SEI formation conditions on strain‐induced capacity losses in silicon electrodes. Advanced Energy Materials, 9(5), 1803066. https://doi.org/10.1002/aenm.201803066
Jiang, Y., Li, Y., Zhou, P., Lan, Z., Lu, Y., Wu, C., & Yan, M. (2017). Ultrafast, highly reversible, and cycle‐stable lithium storage boosted by pseudocapacitance in Sn‐based alloying anodes. Advanced Materials, 29(48), 1606499. https://doi.org/10.1002/adma.201606499
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2026 Zh. Bakhytzhanova, Mukagali Yegamkulov, Ay. Bekmakhanova, G. Tazhkenova, A. Nurpeissova, Zh. Bakenov, A. Mukanova (Author)
Бұл жұмыс Creative Commons Attribution-Коммерциялық емес 4.0 халықаралық лицензиясы.
