ЭФФЕКТ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА НАНОПОРОШКОВОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ZRO₂

В работе представлена методика получения и исследования электрических емкостных свойств нанопорошков на основе диоксида циркония ZrO2, легированного 3 мол.% оксида иттрия Y2O3. Основное внимание уделяется созданию плотных компактатов с использованием высокого гидростатического давления до 500 МПа, а также оптимизации технологии нанесения электрических контактов, обеспечивающих стабильность измерений. В экспериментальной части статьи описана схема установки, позволяющей фиксировать разрядные характеристики образцов в диапазоне температур от 30 до 400 °C. Приведены данные о зависимости емкости от сопротивления цепи и напряжения, а также влияния термической обработки, то есть отжига при 400 °C и 500 °C на структурные и емкостные параметры. Показано, что при оптимальной комбинации параметров, а именно при напряжении 10 В, сопротивлении 10 кОм и влажности воздуха 50% достигается максимальная емкость до 1256,948 мкФ. Также в статье установлено, что повышение температуры отжига способствует улучшению емкостных характеристик, что связано с изменениями микроструктуры материала. Представленные данные свидетельствуют о потенциале нанопорошков YSZ в создании твердотельных наноионных накопителей энергии высокой плотности, что делает их перспективными для применения в системах накопления энергии и микроэлектронике.

1. Jacobson M.Z., Delucchi M.A., Cameron M.A., Coughlin S.J., Hay C.A., Manogaran IP., von Krauland A.-K. Impacts of Green New Deal Energy Plans on Grid Stability, Costs, Jobs, Health, and Climate in 143 Countries // One Earth. – 2019. – Vol. 1. – No. 4. – P. 449–463. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2019.12.003.

2. Olz S., Sims R., Kirchner N. Contribution of renewables to energy security // International Energy Agency. – 2007. URL: https://web.archive.org/web/20090318231652/http://www.iea.org/textbase/papers/2007/ so_contribution.pdf.

3. Becker S., Frew B.A., Andresen G.B., Zeyer T., Schramm S., Greiner M., & Jacobson M.Z. Features of a fully renewable US electricity system: Optimized mixes of wind and solar PV and transmission grid extensions // Energy. – 2014. – Vol. 72. – P. 443– 458. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.05.067.

4. Pratiwi S., Juerges N. Review of the impact of renewable energy development on the environment and nature conservation in Southeast Asia // Energ Ecol. Environ. 2020. – Vol. 5. – P. 221–239. https://doi.org/10.1007/s40974-020-00166-2.

5. Bakos G.C. Feasibility study of a hybrid wind/hydro power-system for low-cost electricity production // Applied Energy. – 2002. – Vol. 72. – No. 3–4. – P. 599–608. https://doi.org/10.1016/s0306-2619(02)00045-4.

6. Деспотули А.Л., Андреева А.В. Перспективы развития в России глубоко субвольтовой наноэлектроники и связанных с ней технологий. – Т. 1–16 [Итернет-ресурс]. URL: http://www.nanometer.ru/2008/02/08/nanoelektronika_5900.html.

7. PCT – patent WO 2021/10/107909 A1 from 03.06.2021 CHEMOELECTRONIC CONVERTER BASED ON ZrO2-3mol%Y2O3 NANOPOWDERS", applicant LIMITED LIABILITY COMPANY "NANOTECHCENTER", Ukraine Authors: Shylo Artem, Doroshkevich Oleksandr, Zelenyak Tatyana, Konstantinova Tetyana, Lyubchyk Svitlana, Lyubchyk Sergiy, Lyubchyk Andriy, Lygina Olena. Patent Application Number No.PCT/UA2019/000147 (26.11.2019).

8. Константинова Т.Е., Пилипенко Н.П., Волкова Г.К., Глазунова В.А., Даниленко И.А., Токий Н.В., Токий В.В., Дорошкевич А.С., Носолев И.К. Нанопорошки на основе диоксида циркония: получение, исследование, применение // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: збірник наукових праць. – 2004 – Т. 2. – № 2. – С. 609–631.

9. Гладких Н.Т., Крышталь А.П., Богатыренко С.И. Температура плавления наночастиц и энергия образования вакансий в них // Журнал технической физики. – 2010. – Т. 80. – № 11. – С. 111–No. 2(73) 2025 TECHNICAL UNIVERSITY

10. Nielson F.P. Ribeiro A., Mariana M.V.M. et al. Investigating the microstructure and catalytic properties of Ni/YSZ cermetsas anodes for SOFC applications // Applied Catalysis A: General. – 2009. – Vol. 353. – P. 305–309.

11. Swadesh K. Pratihar, A. Das Sharma1, et al. Electrical behavior of nickel coated YSZ cermet preparedby electroless coating technique // Materials Chemistry and Physics. – 2006. – Vol. 96. – P. 388–395.

12. Yu H., Gun Woo Park, Shiwoo Lee et al. Microstructural effects on the electrical and mechanicalproperties of Ni–YSZ cermet for SOFC anode // Journal of Power Sources. – 2007. – Vol. 163. – P. 926–932.

13. Haberko K., Jasinski M., Pasierb P., Radecka M., Rekas M. Structural and electrical properties of Ni–YSZ cermet materials // Journal of Power Sources. – 2010. – Vol. 195. – P. 5527–5533.

14. Gallego, Beltraґn J.I., Mu˜noz M.C. et al. Adhesion at metal–ZrO2 interfaces // Surface Science Reports. – 2006. – Vol. 61. – P. 303–344.

15. Ryan M.C. Clemmer, Stephen F. Corbin The influence of pore and Ni morphology on the electrical conductivity of porous Ni/YSZ composite anodes for use in solid oxide fuel cell applications // Solid State Ionics. – 2009. – Vol. 180. – P. 721–730.

16. Altynbassova A., Doroshkevich A., Appazov N., Kibardina E., Ainabekova E., Perez Moreno A. and Slavkova Z. А method for studying the electrical capacity of a ZrO2-based nanopowder system // Eurasian Journal of Physics and Functional Materials. – 2024. – Vol. 8. – No. 4. – Article 4. https://doi.org/10.69912/2616-8537.1235.

17. Дорошкевич А.С., Шило А.В., Волкова Г.К., Зеленяк Т.Ю., Глазунова В.А., Бурховецкий В.В., Лоладзе Л.В., Брюханова И.И., Синякина С.А., Турченко В.А., Боднарчук В.И., Дорошкевич В.С., Краус М.Л. Особенности структурообразования нанопорошковых систем на основе ZrO2 в условиях высокого гидростатического давления: Материалы конф. «Химические проблемы современности», 16–18 мая, ДонНУ, г. Донецк, Украина. – С. 181–182.

18. Дорошкевич А.С., Любчик А.И., Шило А.В., Зеленяк Т.Ю., Глазунова В.А., Бурховецкий В.В., Сапрыкина А.В., Холмуродов Х.Т., Носолев И.К., Дорошкевич В.С, Волкова Г.К., 18 Константинова Т.Е., Боднарчук В.И., Гладышев П.П., Турченко В.А., Синякина С.А. Эффект хемо-электронной конверсии энергии в нанопорошковых системах на основе диоксида циркония // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2017. – №. 5. – С. 48–55. https://doi.org/10.7868/S0207352817050055.