BRIEF REVIEW OF THE RESULTS OF USING ELECTRODEPOSITED SILICON IN ENERGY CONVERSION AND STORAGE DEVICES

A. V. Suzdaltsev; Суздальцев А. В.; T. A. Gevel; Гевел Т. А.; Yu. A. Parasotchenko; Парасотченко Ю. А.; O. B. Pavlenko; Павленко О. Б.

doi:10.31857/S0235010623010127

Краткий обзор результатов использования электроосажденного кремния для устройств преобразования и накопления энергии

Авторы: Суздальцев А.В.¹, Гевел Т.А.¹, Парасотченко Ю.А.¹, Павленко О.Б.¹
Учреждения:
1. Уральский федеральный университет
Выпуск: № 1 (2023)
Страницы: 99-108
Раздел: Статьи
URL: https://rjmseer.com/0235-0106/article/view/661331
DOI: https://doi.org/10.31857/S0235010623010127
EDN: https://elibrary.ru/DGGZCD
ID: 661331

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Благодаря своей распространенности в природе и свойствам, кремний является одним из самых востребованных материалов в различных отраслях промышленности. В настоящее время металлургический кремний получают карботермическим восстановление кварца, который затем подвергают гидрохлорированию и многократному хлорированию для получения солнечного кремния. В данном кратком обзоре представлен анализ альтернативных методов получения кремния электролизом расплавленных солей. Рассмотрены факторы, определяющие выбор состава расплавленных солей, типичные осадки кремния, полученные электролизом. Выполнена оценка результатов и перспектив дальнейшего использования электроосажденного кремния в литий-ионных источниках тока и репрезентативные результаты испытаний по использованию электролитического кремния в устройствах преобразования солнечной энергии. Отмечены задачи, которые необходимо решить для практической реализации методов электролитического производства образцов кремния, пригодных для новых устройств и материалов преобразования и накопления энергии.

Ключевые слова

кремний, электроосаждение, тонкие пленки, волокна, расплавленные соли, литий-ионные источники тока, фотопреобразователи

Список литературы

Белякова Р.М., Курбанова Э.Д., Сидоров Н.И., Полухин В.А. Мембраны на основе Nb–Ni и V–Ni для получения сверхчистого водорода // Расплавы. 2022. № 2. С. 124–140.
Морачевский А.Г., Попович А.А., Демидов А.И. Применение лития, его сплавов и соединений в химических источниках тока (к 25-летию начала производства литий-ионных аккумуляторов) // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2016. № 1. С. 65–79.
Чемезов О.В., Исаков А.В., Аписаров А.П., Брежестовский М.С., Бушкова О.В., Баталов Н.Н., Зайков Ю.П., Шашкин А.П. Электролитическое получение нановолокон кремния из расплава KCl–KF–K2SiF6–SiO2 для композиционных анодов литий-ионных аккумуляторов // Электрохимическая энергетика. 2013. 13. № 4. С. 201–204.
Кулова Т.Л. Новые электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов // Электрохимия 2013. 49. № 1. С. 1–25.
Anfimov I.M., Kobeleva S.P., Malinkovich M.D., Shchemerov I.V., Toporova O.V., Parkhomenko Yu.N. Mechanisms of electroconductivity in silicon–carbon nanocomposites with nanosized tungsten inclusions within a temperature range of 20–200°C // Rus. Microelectronics. 2013. 42. P. 488–491.
Маршук Л.А., Жучков В.И., Шуняев К.Ю., Лисин В.Л., Мальцев Ю.Б. Термодинамическое моделирование процесса выплавки сплава Fe–Si–Al // Расплавы. 2003. № 6. С. 63–68.
Malyshev V.V., Kushkhov H.B., Shapoval V.I. High-temperature electrochemical synthesis of carbides, silicides and borides of VI-group metals in ionic melts // J. Appl. Electrochem. 2002. 32. № 5. P. 573–579.
Кузнецова С.В., Кузнецов С.А. Электрохимический синтез силицидов гафния // Электрохимия. 2009. 45. № 7. С. 804–810.
Medjahed S., Kheloufi A., Bobocioiu E., Kefaifi A., Kerkar F., Lebbou Kh. Quartz ore beneficiation by reverse flotation for silicon production // Silicon. 2022. 14. P. 87–97.
Кайбичев А.В., Кайбичев И.А. Особенности очистки технического кремния при плавке в гелии с воздействием на расплав электрического поля на молибденовом и графитовом электроде // Расплавы. 2019. № 3. С. 258–264.
Cohen U. Some prospective applications of silicon electrodeposition from molten fluorides to solar cell fabrication // J. Electron. Mater. 1977. 6. P. 607–643.
Rao G.M., Elwell D., Feigelson R.S. Electrodeposition of silicon onto graphite // J. Electrochem. Soc. 1981. 128. P. 1708–1711.
Кузнецова С.В., Долматов B.C., Кузнецов С.А. Вольтамперометрическое исследование электровосстановления комплексов кремния в хлоридно-фторидном расплаве // Электрохимия. 2009. 45. С. 797–803.
Plugotarenko N.K., Myasoedova T.N., Grigoryev M.N., Mikhailova T.S. Electrochemical deposition of silicon-carbon films: A study on the nucleation and growth mechanism // Nanomaterials. 2019. 9. P. 1754.
Downes N., Cheek Q., Maldonado S. Electroreduction of perchlorinated silanes for Si electrodeposition // J. Electrochem. Soc. 2021. 168. 022503.
Chen X., Gerasopoulos K., Guo J., Brown A., Wang Ch., Ghodssi R., Culver J.N. A patterned 3D silicon anode fabricated by electrodeposition on a virus-structured current collector // Adv. Funct. Mater. 2011. 21. P. 380–387.
Vasilév Yu.B., Verezub N.A., Mezhennyi M.V., Prosolovich V.S., Prostomolotov A.I., Reznik V.Ya. Features of defect formation under the thermal treatment of dislocation–free single–crystal large–diameter silicon wafers with the specified distribution of oxygen–containing gettering centers in the bulk // Rus. Microelectronics. 2013. 42. P. 467–476.
Zou X., Ji L., Ge J., Sadoway D.R., Yu E.T., Bard A.J. Electrodeposition of crystalline silicon films from silicon dioxide for low-cost photovoltaic applications // Nature Comm. 2019. 10. 5772.
Dong Y., Slade T., Stolt M.J., Li L., Girard S.N., Mai L., Jin S. Low-temperature molten-salt production of silicon nanowires by the electrochemical reduction of CaSiO3 // Angew. Chem. 2017. 129. P. 14645–14649.
Zou X., Ji L., Yang X., Lim T., Yu E.T., Bard A.J. Electrochemical formation of a p-n junction on thin film silicon deposited in molten salt // J. Amer. Chem. Soc. 2017. 139. P. 16060–16063.
Yasuda K., Kato T., Norikawa Yu., Nohira T. Silicon electrodeposition in a water-soluble KF–KCl molten salt: Properties of Si films on graphite substrates // J. Electrochem. Soc. 2021. 168. 112502.
Зайков Ю.П., Жук С.И., Исаков А.В., Гришенкова О.В., Исаев В.А. Электроосаждение кремния из расплава KF–KCl–KI–K2SiF6 // Расплавы. 2016. № 5. С. 441–454.
Чемезов О.В., Виноградов–Жабров О.Н., Аписаров А.П., Исаков А.В., Плаксин С.В., Поволоцкий И.М., Мурзакаев А.М., Малков В.Б., Зайков Ю.П. Структура нано- и микрокристаллических осадков кремния полученных электролитическим рафинированием Si в расплаве KCl–СsCl–KF–K2SiF6 // Перспективные материалы. 2010. С. 278–283.
Gevel T., Zhuk S., Leonova N., Leonova A., Trofimov A., Suzdaltsev A., Zaikov Yu. Electrochemical synthesis of nano-sized silicon from KCl–K2SiF6 melts for powerful lithium-ion batteries // Applied Sciences. 2021. 11. 10927.
Гевел Т.А., Жук С.И., Леонова Н.М., Леонова А.М., Суздальцев А.В., Зайков Ю.П. Электроосаждение кремния из расплава KCl–CsCl–K2SiF6 // Расплавы. 2022. № 4. С. 350–361.
Павленко О.Б., Устинова Ю.А., Жук С.И., Суздальцев А.В., Зайков Ю.П. Электроосаждение кремния из расплавов на основе легкоплавкой системы LiCl–KCl–CsCl // Расплавы. 2022. № 1. С. 49–60.
Николаев А.Ю., Муллабаев А.Р., Суздальцев А.В., Ковров В.А., Холкина А.С., Шишкин В.Ю., Зайков Ю.П. Очистка хлоридов щелочных металлов методом зонной перекристаллизации для использования в операциях пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива // Атомная энергия. 2021. 131. № 4. С. 199–205.
Laptev M.V., Isakov A.V., Grishenkova O.V., Vorob’ev A.S., Khudorozhkova A.O., Akashev L.A., Zaikov Y.P. Electrodeposition of thin silicon films from the KF–KCl–KI–K2SiF6 melt // J. Electrochem. Soc. 2020. 167. 042506.
Abdurakhimova R.K., Laptev M.V., Leonova N.M., Leonova A.M., Schmygalev A.S., Suzdaltsev A.V. Electroreduction of silicon from the NaI–KI–K2SiF6 melt for lithium-ion power sources // Chimica Techno Acta. 2022. 9. № 4. 20229424.
Islam M.M., Said H., Hamzaoui A.H., Mnif A., Sakurai T., Fukata N., Akimoto K. Study of structural and optical properties of electrodeposited silicon films on graphite substrates // Nanomaterials 2022. 12. P. 363.
Peng J., Yin H., Zhao J., Yang X., Bard A.J., Sadoway D.R. Liquid-tin-assisted molten salt electrodeposition of photoresponsive n-type silicon films // Adv. Funct. Mater. 2018. 28. 1703551.
Wang F., Li P., Li W., Wang D. Electrochemical synthesis of multidimensional nanostructured silicon as a negative electrode material for lithium-ion battery // ACS Nano. 2022. 16. P. 7689–7700.
Leonova A.M., Bashirov O.A., Leonova N.M., Lebedev A.S., Trofimov A.A., Suzdaltsev A.V. Synthesis of C/SiC mixtures for composite anodes of lithium-ion power sources // Applied Sciences. 2023. 13. P. 901.