ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Целью проекта является исследование стабильности электродных материалов для металл-ионных аккумуляторов (МИА) и разработка подходов для создания новых материалов, обладающих лучшей химической и термической стабильностью.
The project is aimed to studying the stability of an electrode materials of metal-ion batteries (MIB). In the project we propose to investigate both cathode materials (positive electrode) and anode (negative electrode). The scientific novelty of the project is due to new experimental data on the thermal stability of materials for MIB, which will allow us to establish correlations between their chemical composition, its crystalline structure and functional properties. Thus, a fundamental basis for predicting new efficient electrode materials for creating safe electrochemical energy storage devices, in particular MIB, will be created.
В ходе реализации проекта будут получены следующие результаты: 1.Экспериментальные данные по термической стабильности электродных материалов для МИА, а именно температуры разложения в заряженном и разряженном состоянии. 2. Экспериментальные данные по электрохимической стабильности электродных материалов для МИА при «перезаряде» ячеек. 3. Экспериментальные данные, характеризующие эффект саморазогрева прототипов аккумуляторов с некоторыми из изученных материалов в качестве катодов и анодов. 4. Анализ и сопоставление полученных данных для различных типов структур и катионного состава (Fe, Mn, Ni, V, Mg…) в B-подрешетке твердых растворов оксидных и полианионных катодных материалов. Эти данные позволят расширить традиционную корреляционную схему для материалов «состав-структура-свойства», добавив в этот комплекс понятие безопасности использования. Полученные в ходе работы закономерности могут быть использованы для прогнозирования наиболее перспективных направлений научной деятельности, направленной на дальнейшее улучшения материалов для металл-ионных аккумуляторов. 5. Предложения по улучшению термической стабильности электродных материалов и других компонентов металл-ионных аккумуляторов– этот пункт отражает не только научную, но и практическую значимость ожидаемых результатов.
Научный руководитель аспиранта на протяжении последних десяти лет успешно руководит исследованием и разработкой электродных материалов литий-ионных аккумуляторов, а также созданием новых электрохимических систем (натрий-ионные аккумуляторы, калий-ионные аккумуляторы). В рамках этого направления проводится направленный кристаллохимический дизайн новых материалов катода и анода, разработка новых методов синтеза, в том числе позволяющих масштабировать методы получения до промышленного уровня, сборка единичных полу- и полных элементов, изучение их электрохимических свойств, материаловедческий анализ материалов после электрохимических испытаний. За прошедшее десятилетие сотрудниками научного коллектива, работающими под руководством проф. Антипова (лаборатория неорганической кристаллохимии кафедры неорганической химии и лаборатория материалов для электрохимических процессов кафедры электрохимии), было опубликовано более 40 работ по тематике проекта в журналах Q1 и Q2, получено 4 патента, защищено 26 кандидатских диссертаций.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 сентября 2020 г.-31 августа 2021 г. | Безопасные материалы для металл-ионных аккумуляторов |
Результаты этапа: На данном этапе работы исследована термическая стабильность использующихся и перспективных материалов как катодов (положительных электродов), так и анодов (отрицательных электродов) для металл–ионных аккумуляторов (МИА). Термическая стабильность материалов (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiFePO4, Li4Ti5O12, графит, NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2, Na3V2(PO4)3, β-NaVP2O7, Na3V2(PO4)2F3 и «твердый» (неграфитизируемый) углерод) определена с помощью метода дифференцирующей сканирующей калориметрии (ДСК) электродов в заряженном виде. Исследования проведены в широком интервале температур (50–450 °С), который недостаточно освещен в литературе, особенно для фосфатных материалов. Кроме того, проведено изучение фазового состава образцов после ДСК методом порошковой рентгеновской дифракции (ПРД). Показано, что термическую стабильность материалов литий- и натрий-ионных аккумуляторов в первую очередь определяют структурные параметры, которые в свою очередь определяются химическим составом. Полученные результаты позволили охарактеризовать материалы с точки зрения термической стабильности. Так катодные материалы с анионной фосфатной группой термически стабильнее чем оксиды, поскольку кислород связан с фосфором ковалентными связями. Полученные результаты демонстрируют, что термическая стабильность натрий-ионных катодных материалов в заряженном состоянии увеличивается в ряду NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM) < Na3V2(PO4)2F3 (NVPF) < Na3V2(PO4)3 (NVP) < β-NaVP2O7 (NVPO). Наиболее стабильным катодным материалом для натрий–ионных аккумуляторов является β-NaVP2O7, который не разлагается и не выделяет тепло в широком интервале температур вплоть до 450 °C. | ||
2 | 1 сентября 2021 г.-31 октября 2022 г. | Безопасные материалы для металл-ионных аккумуляторов |
Результаты этапа: Термическая стабильность материалов катодов (положительных электродов), анодов (отрицательных электродов) и электролитов для металл–ионных аккумуляторов (МИА) является важной характеристикой с точки зрения их безопасности. Термическая стабильность электродных материалов (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiFePO4, графит, Li4Ti5O12, Ti2Nb¬2O9, NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2, NaNi1/2Fe1/4Mn1/4O2, NaNi1/4Fe1/2Mn1/4O2, NaNi1/4Fe1/4Mn1/2O2, Na3V2(PO4)3, Na3,5V1,5Mn0,5(PO4)3, Na4VMn(PO4)3, Na3V2(PO4)2F3, β-NaVP2O7, и неграфитируемый углерод (hard carbon)) определена с помощью метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) электродов в заряженном виде. Исследования проведены в широком интервале температур (50–450 °С), который недостаточно освещен в литературе, особенно для фосфатных материалов. Кроме того, проведено изучение фазового состава образцов после ДСК методом порошковой рентгеновской дифракции (ПРД). Показано, что термическую стабильность материалов литий- и натрий-ионных аккумуляторов в первую очередь определяют структурные параметры, которые в свою очередь определяются химическим составом. Полученные результаты позволили охарактеризовать материалы с точки зрения термической стабильности. Так, анодные материалы на основе оксида титана термически стабильнее, чем углеродные материалы, за счет своей каркасной структуры. Полученные результаты демонстрируют, что термическая стабильность литий-ионных анодных материалов в заряженном состоянии увеличивается в ряду графит ≈ неграфитируемый углерод < Li4Ti5O12 < Ti2Nb¬2O9. Наиболее стабильным анодным материалом для литий–ионных аккумуляторов является оксид титана ниобия Ti2Nb¬2O9, который не разлагается и не выделяет энергию в широком интервале температур вплоть до 450 °C. В свою очередь, катодные материалы с анионной фосфатной группой термически стабильнее, чем оксиды, поскольку кислород связан с фосфором более ковалентными связями, чем d–катионы. Полученные результаты демонстрируют, что термическая стабильность натрий-ионных катодных материалов в заряженном состоянии увеличивается в ряду NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM) < Na3V2(PO4)2F3 (NVPF) < Na3V2(PO4)3 (NVP) < β-NaVP2O7 (NVPO). Наиболее стабильным катодным материалом для натрий–ионных аккумуляторов является β-NaVP2O7, который не разлагается и не выделяет энергию в широком интервале температур вплоть до 450 °C. Наиболее термически стабильным электролитом для натрий–ионных аккумуляторов является электролит на основе 1М NaPF6, растворенный в РС. Независимо от состава растворителя, увеличение концентрации соли в электролите снижает его термическую стабильность. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".
№ | Имя | Описание | Имя файла | Размер | Добавлен |
---|---|---|---|---|---|
1. | отчет за 2021 | Otchet_za_2_god.pdf | 962,3 КБ | 1 ноября 2022 [evantipov] |