А. В. Исаков, М. В. Лаптев, А. О. Худорожкова, А. С. Шмыгалев, А. П. Аписаров.
АННОТАЦИЯ
Перспективной задачей в энергетической сфере является разработка высокоемких литий-ионных аккумуляторов (ЛИА). Использование кремниевых волокон в качестве анода позволит еще больше увеличить емкость используемых батарей. Однако при этом возникает необходимость получения кремния, свободного от образующегося на поверхности оксида, поскольку наличие кислорода сильно снижает емкость анодного материала ЛИА. В данной работе предложен метод очистки кремниевых нановолокон, полученных электролизом расплавленных солей, от оксидной пленки в реакции с фторидом аммония. Очистку осуществляли с использованием вакуумной установки, созданной авторами. Разработана методика подготовки шихты к очистке и дальнейшему анализу. Кремниевые нановолокна получены электролизом расплава KF-KCl-K2SiF6-SiO2. Химический состав исследован с помощью микрорентгеноспектрального анализа, сопряженного с электронной микроскопией, и методом масс-спектроскопии. Структура и морфология осадков кремния исследована методами электронной микроскопии и рентгеновской дифракции. Показана принципиальная возможность удаления оксидной пленки с поверхности кремниевых нановолокон. Для очистки были использованы шихты Si-NH4F с мольными соотношениями 1/1, 1/0.123 и 1/0.49. Определены состав смеси Si-NH4F и температура, при которых процесс очистки происходит наиболее полно. Рассмотрены термодинамические вероятности протекания химических реакций кремния с фторидом аммония. В ходе исследования установлен механизм взаимодействия фторида аммония с поверхностным оксидным слоем кремниевых нановолокон. Взаимодействие оксидной пленки кремния с фторидом аммония в условиях эксперимента протекает с образованием фазы гексафторсиликата аммония и легколетучих компонентов – аммиака и водяного пара. Определены массовые соотношения кремния и кислорода в очищенных волокнах. Установлено, что увеличение этого соотношения является показателем улучшения очистки поверхности кремния от кислорода. Обработка катодного осадка кремния предложенным способом с использованием высокотемпературной вакуумной отгонки является эффективным методом очистки поверхности кремния от оксидсодержащих соединений, образующихся на его поверхности.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
расплавы солей, гексафторсиликат калия, кремниевые нановолокна, электролиз, высокотемпературное вакуумирование.
DOI: 10.31857/S0235010622060056