Застосування аморфної плівки на основі йодид-пентатіофосфату міді сu6ps5i як матеріалу для твердоелектролітичного джерела енергії

Реферат: Винахід належить до галузі приладобудування і стосується пристроїв для виробництва електричної енергії. Як матеріал для твердоелектролітичного джерела енергії застосовують аморфну плівку на основі йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I. Аморфна плівка має менші розміри, є компактною, мініатюрною та має високу електричну електропровідність, а отже є кращим матеріалом для твердоелектролітичного джерела енергії. UA 99389 C2 (12) UA 99389 C2 UA 99389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до таких галузей 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 Corp., Union-Carbide і т.д. [1]. Відоме використання як твердоелектролітичного джерела енергії таких матеріалів як монокристал йодид-пентатіофосфату 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 найближчого аналогу технологічності, хімічній стійкості та високих значеннях електричної провідності, мав би менші розміри, був компактним та мініатюрним. Поставлена задача досягається таким чином, що використовують відому хімічну сполуку йодид-пентатіофосфат міді Cu6PS5I у вперше у ролі матеріалу аморфної плівки, що має високу електричну провідність, для твердоелектролітичного джерела енергії. Вимірювання електропровідності σ проводилося на частоті 1 МГц при температурі Т=295 К за допомогою стандартної методики та моста змінного струму Е7-12. Величина електропровідності аморфної -3 -1 -1 плівки на основі йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I виявилася рівною σ=1.68×10 Ом ×см Таким чином, аморфна плівка на основі йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I має достатньо високу електропровідність, порівнянну з електропровідністю кращих мідьвмісних 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 Cu6PS5I брали 4.5428 г Сu, 2.2920 г S, 0.4428 г P та 3.7228 г СuІ і загружали у кварцову ампулу довжиною 160 мм та діаметром 20 мм. Ампулу відкачували -2 до залишкового тиску 10 Па І далі проводили синтез у такий спосіб: проводила нагрівання з швидкістю 100 К/год. до температури 450-500 К і витримували при ній протягом 24 годин; з швидкістю 100 К/год. температуру доводили до максимальної - 750-800 К І витримували при ній протягом 5-6 діб; проводили охолодження до кімнатної температури з швидкістю 100 К/год. Для нанесення тонких плівок Сu6РS5І на скляну підкладку використовувався спосіб нереактивного радіочастотного магнетронного напилення. Напилення здійснювалося з використанням 2 дюймової мішені, отриманої пресуванням полікристалічного порошку Сu 6РS5І, яка розмішувалася на відстані 90 мм від скляної підкладки. При потужності мішені в 90 Вт забезпечувалася швидкість нанесення плівки 3 нм/хв. Час напилення склав 180 хв, що дало можливість напилити плівку товщиною 500 нм. Напилення проводилося при кімнатній температурі в атмосфері Аr, повний тиск у камері напилення утримувався постійним і рівним -1 4x10 Па. Таким чином отримана аморфна плівка на основі йодид-пентатіофосфату міді Сu6РS5І з нанесеними електричними контактами є електролітичною коміркою, яка є основним елементом твердоелектролітичного джерела енергії. Застосування аморфних плівок на основі йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I у пристроях для виробництва електричної енергії дозволяє покращити характеристики твердоелектролітичного джерела енергії, оскільки забезпечується їх висока технологічність, хімічна стійкість, компактність та мініатюрність. Використання йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I у ролі матеріалу аморфної плівки для твердоелектролітичного джерела енергії дає можливість застосовувати його в різних промислових виробництвах, які потребують нових та ефективних джерел енергії. Планується використання аморфних плівок на основі йодид-пентатіофосфату міді Сu6РS5І в лабораторіях УжНУ при виконанні фундаментальних досліджень нових твердоелектролітичних матеріалів. Джерела інформації: 1. Mien С. Technological applications of solid state ionics // Mat.Sci.and Engineering. - 1990. Vol. B6, №1-2. - P.9-28. 2. Застосування йодид-пентатІофосфагу міді Cu6PS5I для твердоелектролІтичного джерела енергії: Патент України UA 83930 C2, МПК (2006) Н01М6/00, Н01М6/18 / Студеняк І.П., Біланчук 1 UA 99389 C2 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. -306-314. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Застосування аморфної плівки на основі йодид-пентатіофосфату міді Cu6PS5I як матеріалу, що має високу електричну провідність, для твердоелектролітичного джерела енергії. 10 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2