Сучасна електрометалургія, 2022, №04



2022 №04 (05)

DOI of Article 10.37434/sem2022.04.06

2022 №04 (07)

---

Сучасна електрометалургія, 2022, #4, 34-42 pages

Плазмохімічний процес отримання нанокремнію для літій-іонних батарей

С.В. Петров¹, С.Г. Бондаренко², Сато Коити³

¹Інститут газу НАНУ. 03113, м. Київ, вул. Дегтярівська, 39. E-mail: svp_plazer@i.ua
²НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37. E-mail: s_g_bondarenko@ukr.net
³Kankyo Techno Co. LTD Japan. 959-2633 Niigata pref. Tainai city Sekizawa 69-5. E-mail: bz659804@bz04.plala.or.jp

Реферат
Досліджено процес повного плазмового випарування твердого вихідного матеріалу для синтезу наночастинок Si стосовно до літій-іонних акумуляторних батарей. Визначено параметри течії двофазного високотемпературного потоку — температурних полів, швидкостей та концентрацій. Розроблено плазмовий реактор з електродуговим плазмотроном лінійної схеми та з використанням аргон-водневої суміші в якості плазмоутворюючого газу. З використанням електродугового плазмотрона на плазмових лабораторних установках потужністю 30 і 150 кВт вивчено вплив зовнішнього магнітного поля на управління параметрами плазмового струменя. Визначено вплив магнітного поля на конфігурацію, геометричні розміри та структуру початкової ділянки плазмового струменя. Отримано експериментальне підтвердження явища подовження високотемпературної початкової ділянки плазмового струменя в аксіальному магнітному полі. Експериментально встановлено, що створення периферійної газової завіси істотно покращує характеристики тепло- і масообміну в реакторі. Вивчено вплив двофазної течії, теплообміну та масового потоку наночастинок, у тому числі на поверхню плазмового реактора з обмеженою струменевою течією у процесах одержання нанопорошків кремнію. Отримані закономірності можуть бути використані для створення та освоєння пілотної установки високопродуктивного виробництва нанокремнієвих порошків. Бібліогр. 12, рис. 10.
Ключові слова: плазмохімічний синтез; електродуговий реактор; плазмовий струмінь; нанокремній; літій-іонний акумулятор; чисельне моделювання

Received 11.07.2022

Список літератури

1. Berdichevsky, G. (2020) The future of energy storage towards a perfect battery with global scale. September 2, 2020. https://www.silanano.com/uploads/Sila-_-The%-Future-of-Energy-Storage-White-Paper.pdf
2. Yuca, N., Taskin, O.S., Arici, E. (2020) An overview on efforts to enhance the Si electrode stability for lithium ion batteries. Energy Storage, 2(1). DOI: https://doi.org/10.1002/est2.94
3. Kuksenko, S.P., Tarasenko, Y.O., Kaleniuk, H.O., Kartel, M.T. (2020) Stable silicon electrodes with vinyliden fluoride polymer binder for lithium-ion batteries. Khimiya, Fizyka ta Tekhnologiya Poverhni, 11(1), 58–71 [in Ukrainian]. DOI: http://doi.org/10.15407/hftp11.01.058
4. Jaumann,T., Gerwig, M., Balach, J. et al. (2017) Dichlorosilane-derived nano-silicon inside hollow carbon spheres as a high-performance anode for Li-ion batteries. J. of Materials Chemistry A, 5, 9262–9271. DOI: https://doi.org/10.1039/C7TA00188F
5. Schwan, J., Nava, G., Mangolini, L. (2020) Critical barriers to the large scale commercialization of silicon-containing batteries. Nanoscale Adv., 2, 4368–4389. DOI: https://doi.org/10.1039/D0NA00589D
6. Petrov, S.V. (2021) Innovative plasma-spraying technologies. LAMBERT Academic Publ. [in Russian].
7. Zhang, X., Wang, Y., Min, B. et al. (2021) A controllable and byproduct-free synthesis method of carbon-coated silicon nanoparticles by induction thermal plasma for lithium ion battery. Advanced Powder Technology, 32(8), 2828–2838. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2021.06.003.
8. Shigeta, M. (2018) Numerical study of axial magnetic effects on a turbulent thermal plasma jet for nanopowder production using 3D time-dependent simulation. J. of Flow Control, Measurement & Visualization, 6(2), 107–123. DOI: 10.4236/jfcmv.2018.62010
9. Petrov, S., Korzhyk, V. (2016) Plasma process of silicon production for photovoltaic power generation. Engineering and Technology, 3(5), 74–88.
10. Petrov, S.V. (2013) Plasmotron engineering. Stages of development. Svarshchik, 43(3), 26–31 [in Russian].
11. Astashov, A.G. (2016) Distribution of density of heat and mass flows in plasma reactor with limited jet flow in process of producing nanopowders. Moscow, IMET RAN [in Russian].
12. Tekna Plasma Systems Inc. http://tekna.com/

---

Реклама в цьому номері:

---