![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Проект направлен на решение актуальной проблемы электрохимического материаловедения - создание новых электродных материалов металл-ионных аккумуляторов. Он предусматривает поиск новых минералоподобных соединений, способных к обратимой электрохимической де/интеркаляции щелочного металла, комплексное изучение их электрохимических свойств, а также разработку гидротермальных технологий их синтеза и модифицирования. Установленные в ходе исследований взаимосвязи в цепочке состав – структура – микроструктура – электрохимическая активность будут способствовать разработке конкурентоспособных, экологически безопасных и дешевых электродных материалов.
This project is aimed at the development of new mineral-like electrode materials with enhanced functional properties (such as energy and power density), as well as the development of nature-friendly technologies of their production. Search for new mineral-like compounds capable of reversible intercalation alkali metals will be carried out using various crystal-chemical approaches. Different classes of inorganic compounds -phosphates, silicates, sulfates, fluoride-containing compounds will be investigated.
На базе перспективных соединений будут разработаны новые электродные материалы, проведено комплексное исследование их электрохимических свойств. Процессы де/интеркаляции ионов щелочных металлов будут исследованы с использованием различных методов, включая рентгеновскую и электронную дифракцию, мессбауровскую спектроскопию. Эти методы будут применены, в том числе in situ, в процессе электрохимического циклирования. В рамках проекта будут разработаны гидротермальные методы синтеза двухфазных композитов «ядро-оболочка» с высокой энергоемкостью и стабильной циклируемостью. Для материалов с привлекательными электрохимическими характеристиками будут изготовлены прототипы литий-ионных аккумуляторов в мягком корпусе (pouch cell) с емкостью от 2 А*ч.
Участниками проекта накоплен значительный опыт в получении и исследовании функциональных свойств электродных материалов металл-ионных аккумуляторов. Участники проекта участвовали в апробации методов прогнозирования транспортных характеристик материалов, основанных на кристаллохимических подходах, таких как построение полиэдров Вороного-Дирихле, суммирование валентных усилий связи. В настоящее время эти подходы находят широкое применение в качестве эффективного инструмента для первичной оценки возможности диффузии ионов щелочных металлов в кристаллической структуре.Участники проекта имеют обширный опыт в области разработки методик гидро- и сольвотермального синтеза, изучения механизма синтеза, иccледования электрохимических свойств и фазовых трансформаций в сложных фосфатах со структурой трифилина, боратов и фторидофосфатов щелочных металлов и d-катионов.
Based on promising prototype compounds, new electrode materials will be developed and a comprehensive study of their electrochemical properties will be carried out. Insertion/extraction processes of alkali metal ions in the active material will be studied using various methods including X-ray and electron diffraction, Moessbauer spectroscopy. These methods will be applied also in in situ regime, during the electrochemical cycling. Нydrothermal approaches for the synthesis of two-phase core-shell composites will be developed and two-phase core-shell composites with enhanced specific energy and power will be obtained. Materials with attractive electrochemical characteristics will be used to assemble lithium-ion battery prototypes (pouch cell) with a capacity of 2 A*h.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 18 июля 2018 г.-18 июля 2019 г. | Минералоподобные электродные материалы для нового поколения металл-ионных аккумуляторов |
Результаты этапа: Сформулированы принципы модульного подхода к интерпретации кристаллических структур минералов и их синтетических аналогов. Использование модульного подхода для выдвижения гипотез о кристаллических структурах природных и синтетических соединений, делает возможным выделение среди них фаз, перспективных для исследования целого набора физических свойств, обусловленных особенностями структурного состояния различных атомов и их ассоциаций. Проанализированы особенности строения морфотропной серии фосфатов с общей формулой AMM’(PO4)2, включающей фосфатные аналоги минералов целизиана, парацельзиана и филатовита. Структура впервые полученной фазы NaZnAl(PO4)2, уточнена по данным рентгеноструктурного анализа: в каналах трехмерного каркаса, построенного из [PO4], [ZnO4] и [AlO4] тетраэдров, расположены катионы Na. Анализ подвижности ионов натрия методом BVEL показал, что фосфат NaZnAl(PO4)2 имеет одномерную диффузионную подсистему с достаточно высокой энергией активации Ea = 2.95 еВ. Впервые синтезированы порошковые образцы фторидопирофосфатов K2Mn2-хFeхP2O7F2 (x=0, 1, 2) и углеродсодержащие композитов на их основе. Полученные соединения изоструктурны природным минералам кентролиту (Pb2Mn2Si2O7O2) и меланотекиту (Pb2Fe2Si2O7O2). Предварительное тестирование образца K2MnFeP2O7F2 в Na-ячейке обнаружило обратимую электрохимическую активность при потенциале 3.2 В отн. Na/Na+. Установлены условия сольвотермального синтеза фосфато-силикатов Li3.5P0.5Si0.5O4 и LiM2+0.5M’3+0.5(PO4)0.5(SiO4)0.5. Разработана методика синтеза материалов «ядро-оболочка», позволяющая в ходе одной загрузки провести синтез фосфата LiMnPO4 и его последующее поверхностное модифицирование LiFePO4. Полученные по методике «one-pot» материалы обладают значительно лучшей циклической стабильностью в сравнении с твердорастворным аналогом LiMn0.9Fe0.1PO4 и более высокой ёмкостью. | ||
2 | 18 июля 2019 г.-19 июля 2020 г. | Минералоподобные электродные материалы для нового поколения металл-ионных аккумуляторов |
Результаты этапа: В рамках поиска новых электродных материалов проведен анализ разрабатываемых электродных материалов на основе фосфатов переходных металлов, по результатам которого подготовлен обзор, в котором рассмотрены особенности кристаллического строения, химического состава фосфатов, демонстрирующих привлекательные электрохимические свойства. Среди них заметное место занимают структурные аналоги различных минералов, причем, многие из фосфатов (и силикатов) встречаются в пегматитах, содержащих переходные металлы в качестве основных компонентов. В работе показано, как представление о структурных взаимосвязях различных минералов позволяет, установить механизмы роста кристаллов в условиях, имитирующих природные, а также интерпретировать образование в структуре электродных материалов различных дефектов и объяснить их влияние на функциональные характеристики. Впервые исследована электрохимическая активность фосфата Al0.5Nb1.5(PO4)3 со структурой коснарита: обратимая интеркаляция (до 3 моль щелочного металла) наблюдается в Li- и Na-ячейках. С точки зрения величины рабочего потенциала и обратимой емкости фосфат Al0.5Nb1.5(PO4)3 может представлять интерес как анодный материал натрий-ионных аккумуляторов. Предложена методика сольвотермального синтеза фторидопирофосфтата K2FeMnP2O7F2. Разработана методика гидротермального синтеза высоковольтного катодного материала LiCoPO4 с привлекательными электрохимическими характеристиками (емкость около140 мАч/г), которая будет использована для получения композитов «ядро-оболочка» (LiCoPO4-LiFePO4), обеспечивающих устойчивое функционирование высоковольтного катодного материала. Предложен новый подход к гидротермальному синтезу LiFePO4, через натрийсодержащий прекурсор Li3-хNaхPO4, который позволяет получить хорошо работающий катодный материал, а также заметно снизить его стоимость за счет уменьшения количества лития, используемого при синтезе LiFePO4. | ||
3 | 20 июля 2020 г.-18 июля 2021 г. | Минералоподобные электродные материалы для нового поколения металл-ионных аккумуляторов |
Результаты этапа: |
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".