Застосування тонкої плівки на основі бромід-пентатіофосфату міді cu6ps5br як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії

Реферат: Винахід належить до приладобудування, зокрема до пристроїв для виробництва електричної енергії. Як матеріал для твердоелектролітичного джерела енергії застосовують тонку плівку на основі бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br. Ця плівка має високу електричну провідність, технологічність та хімічну стійкість, а також є компактною та мініатюрною. UA 112727 C2 (12) UA 112727 C2 UA 112727 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до таких областей приладобудування як космічна техніка, інтегральна мікроелектроніка, біомедична електроніка, зокрема до пристроїв для виробництва електричної енергії, і може знайти застосування в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Сучасні твердоелектролітичні батареї характеризуються питомою густиною енергії порядку 200-300 Втгод./кг, яка майже у 8 разів більша, ніж у свинцевих батарей. На сьогоднішній день їх виробляють такі відомі фірми як Wilson Greatbatch Ltd, Catalyst Research Соrр., Union-Carbide і т.д. [1]. Відоме використання у ролі твердоелектролітичного джерела енергії такої сполуки як йодидпентатіофосфат міді Cu6PS5I [2]. Недоліком даного матеріалу, попри його технологічність, хімічну стійкість та високе значення електричної провідності, є великі розміри, що унеможливлює його використання в сучасних інтегральних схемах та процесорах [3]. Менших розмірів, компактності та мініатюрності можна добитися з використанням тонкоплівкових технологій напилення. Задача винаходу полягає у виборі такого матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії, який при таких же як у прототипі технологічності, хімічній стійкості та високих значеннях електричної провідності, мав би менші розміри, був компактним та мініатюрним. Поставлена задача вирішується таким чином, що використовують відому хімічну сполуку бромід-пентатіофосфат міді Cu6PS5Br вперше у ролі матеріалу тонкої плівки, що має високу електричну провідність, для твердоелектролітичного джерела енергії. Вимірювання електропровідності σ проводилося при температурі Т=300 K за допомогою стандартної 4електродної методики. Величина електропровідності тонкої плівки на основі бромід-4 -1 -1 пентатіофосфату міді Cu6PS5Br виявилася рівною σ=4,0×10 Ом м . Таким чином, тонка плівка на основі бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br має достатньо високу електропровідність, порівнянну з електропровідністю кращих мідевмісних твердих електролітів. Перевага над прототипом полягає у тому, що при наявності необхідних для твердоелектролітичного джерела енергії високої електричної провідності, технологічності та хімічної стійкості, вони характеризуються меншими розмірами, компактністю та мініатюрністю, що є визначальним при проектуванні сучасних інтегральних схем та процесорів. Приклад Для одержання 10 г речовини Cu6PS5Br брали 4,8695 г Сu, 2,4572 г S, 0,4747 г Р та 2,1985 г СuВr і завантажували у кварцову ампулу довжиною 160 мм та діаметром 20 мм. Ампулу -2 відкачували до залишкового тиску 10 Па і далі проводили синтез у такий спосіб: проводили нагрівання з швидкістю 50 K/год. до температури 673 K і витримували при ній протягом 24 годин; з швидкістю 30 K/год. температуру доводили до максимальної 1340 K і витримували при ній протягом 4 годин; з швидкістю 50 K/год. проводили охолодження до температури 573 K і витримували при ній протягом 100 годин; подальше охолодження до кімнатної температури з швидкістю 100 K/год. Для нанесення тонких плівок Cu6PS5Br на сапфірову підкладинку використовувався спосіб іонного розпилення з високим коефіцієнтом використання мішені по технології HiTUS з мішені Cu6PS5Br (30 мм в діаметрі) у високочастотному розряді в аргоні. Потужність плазмового джерела складала 2000 Вт, що забезпечувало швидкість напилення приблизно 1,5 нм/хв. Імпульсна потужність на постійному струмі, що підводилась до мішені, складала 70 Вт. Підкладинки без підігріву розміщалися паралельно до мішені па віддалі 180 мм над нею. Напилення проводилися за допомогою плазми з плаваючим потенціалом. Базовий -4 тиск у камері був нижчий за 7×10 Па, тоді як сумарний тиск робочого газу під час напилення складав 0,65 Па. Таким чином отримана гонка плівка на основі бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br з нанесеними електричними контактами являє собою електролітичну комірку, яка є основним елементом твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування тонких плівок на основі бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br у пристроях для виробництва електричної енергії дозволяє покращити характеристики твердоелектролітичного джерела енергії, оскільки забезпечується їх висока технологічність, хімічна стійкість, компактність та мініатюрність. Використання бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br у ролі матеріалу тонкої плівки для твердоелектролітичного джерела енергії дає можливість застосовувати його в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Планується використання тонких плівок на основі бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br в лабораторіях УжНУ при виконанні фундаментальних досліджень нових твердоелектролітичних матеріалів. Джерела інформації: 1 UA 112727 C2 5 10 1. Juien С. Technological applications of solid state ionics // Mat. Sci. and Engineering. - 1990. Vol. B6, № 1-2. - P. 9-28. 2. Застосування йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I для твердоелектролітичного джерела енергії: Патент України № 83930, МПК (2006) H01М 6/00, H01М 6/18 / Студеняк І.П., Біланчук В.В., Коперльос Б.М., Панько В.В. - № а200612767; Заявлено 04.12.2006; Опубл. 26.08.2008, Бюл. № 16. - 3 с. - найближчий аналог. 3. Despotuli A.L., Andreeva A.V., Rambabu В. Nanoionics of advanced superionic conductors // Ionics. - 2006. - Vol. 11. - P. 306-314. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Застосування бромід-пентатіофосфату міді Cu6PS5Br як матеріалу для тонкої плівки, що має високу електричну провідність, для твердоелектролітичного джерела енергії. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2