ОТЧЕТ о выполнении НИОКР по теме: "Разработка прототипа калий-ионного аккумулятора со сбалансированным соотношением электродных компонентов." по договору (соглашению) №3538ГС1/57447 от 13 апреля 2020 г.

В отчете содержится 116 страниц, 48 иллюстраций, 9 таблиц, 14 приложений, 8 частей отчета. Цель работы первого этапа НИОКТР - разработка и оптимизация методик синтеза компонентов прототипа калий-ионного аккумулятора (КИА). В данный этап вошли работы над разработками процедуры прекалирования калий-ионной ячейки, подбора условий формирования поверхностного слоя на границе раздела электрод/электролит, калирования электродных материалов на первых циклах заряда/разряда, подбор оптимального состава электролита путем варьирования его состава. В соответствии с планом, были разработаны и оптимизированы методики получения электродных материалов. В течение этапа был собран потенциостат\гальваностат для электрохимического тестирования. По описанию разработанных методик были приготовлены (синтезированы) электродные материалы и проведены электрохимические тестирования данных систем (электрохимические испытания). Для контроля морфологии (поверхности) частиц были получены изображения с помощью растрового (сканирующего) электронного микроскопа, а также проведен структурный анализ методами рентгено-структурного анализа (РСА) и определено содержание калия в катодных материалах методом локального рентгено-спектрального микроанализа (ЛРСМА). В результате работы первого этапа НИОКТР были достигнуты такие характеристики, как выход после синтеза катодного материала до ~9 г/синтез, анодного материала до ~14 г/синтез, при этом электрохимические разрядные ёмкости катодного и анодного материалов с кулоновской эффективностью более 95% составили до 120 мА•ч•г-1 и 250 мА•ч•г-1, соответственно. Помимо этого, была разработана методика приготовления неграфитизируемого углерода, где в результате формируется гомогенно распределенная по размерам морфология анодного материала, а именно сферы размером 750-900 нм, что положительно влияет на электрохимические характеристики материала – стабильность циклирования. Результатам первого этапа НИОКТР может быть положительно оценен как с точки зрения достигнутых характеристик, так с точки зрения объема выполненных работ, и признан успешным. Целью работы второго этапа НИОКТР является разработка оптимальной конфигурации многоэлектродного прототипа калий-ионного аккумулятора для стабильной работы. В рамках проекта были поставлены задачи разработки состава электродной композиции для последующего получения электродов, процедуры сборки и формовки прототипа КИА и поиск оптимального соотношения масс катод-анод. К конструкторским и аналитическим задачам второго этапа НИОКТР были отнесены проведение электрохимических испытаний ячеек КИА в различных электролитах для отбора в последующей сборке в призматическом корпусе, балансировка масс и толщин соотношения электродов анод\катод и доработка задач в течение этапа. В результате работы второго этапа НИОКТР был получен прототип калий-ионного аккумулятора с электрохимической емкостью 50,4 мАч, который показал значительную стабильность электрохимического поведения при циклировании более 300 циклов заряда-разряда. Были разработаны лабораторные регламенты и техническая документация по приготовлению электродных материалов, электродных и электролитных композитов, подготовлены протоколы испытаний электролитов перед заливом в корпус аккумулятора, а также разработана рабочая конструкторская технологическая документация по сборке прототипов КИА. Результаты второго этапа НИОКТР могут быть положительно оценены как с точки зрения достигнутых результатов и характеристик прототипа, так с точки зрения объема выполненных работ, и признан успешным. Успешное достижение целей первого и второго этапа НИОКТР является ключевым для последующей разработки и производства калий-ионных аккумуляторов, а также решения конкретных научно-технических проблем, таких как стабилизация работы пар электродов в полной ячейке КИА, длительность и стабильность работы аккумулятора, а также обеспечение нужного количества электродного материала для производства многопарных калий-ионных аккумуляторов со значительной электрохимической ёмкостью для промышленного использования.