Разработка перспективных материалов для электрохимических источников тока. Часть 1. Фундаментальные исследования. (Итоговый)

В целом в ходе выполнения работ по проекту Часть 1. Фундаментальные исследования были получены следующие основные результаты: 1. Исследованы новые по составу катодные и анодные материалы для литий ионных батарей на основе Li4Ti5O12 и LiMn2O4 с проводящим связующим материалом на основе комбинации PEDOT и СМС. Показано, что использование разработанного нами связующего компонента для изучаемых электродных материалов приводит к существенному улучшению их функциональных характеристик. 2. Изучены новые электродные материалы на основе смешанного фосфата марганца и железа с разными связующими компонентами состава LiFe0.4Mn0.6PO4/PEDOT:PSS/CMC и LiFe0.4Mn0.6PO4/PVDF. Установлены их функциональные характеристики в составе макетов аккумуляторов. 3. Изучены эффекты «старения» электродов на основе титаната лития Li4Ti5O12 в составах с проводящим полимерным связующим и с коммерчески используемым связующим поливинилиденфторидом (PVDF). Получены и проанализированы кинетические параметры заряд-разрядных процессов для двух серий электродов до и после длительного (100 циклов) циклирования в макетах литий ионных аккумуляторов и металлическим литием в качестве противоэлектрода. 4. Предложены новые электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов на основе титаната лития Li4Ti5O12 с биополимером гуаровой камедью (HPG15) в качестве компонента связующего материала. 5. На примере литий-марганцевой шпинели изучено влияние толщины слоя катодного материала на функциональные характеристики электродов и кинетические параметры заряд-разрядных процессов, определяемые из данных импедансных измерений. 6. Исследован новый катодный материал для натрий ионных аккумуляторов на основе гексацианоферрата марганца. Изучены два способа синтеза гексацианоферрата марганца, которые позволяют получить наноразмерные порошки разной кристаллической структуры – кубической и моноклинной, что подтверждено исследованиями методом рентгеновской дифракции. 7. Методами циклической вольтамперометрии и гальваностатических заряд-разрядных кривых изучены электрохимические свойства катодов натрий ионного аккумулятора на основе гексацианоферрата марганца. 8. Исследованы новые составы анодных материалов для литий-ионных батарей на основе оксида кобальта Co3O4 с проводящим связующим из смеси проводящего полимера поли-3,4-этилендиокситиофена (в виде PEDOT:PSS) и карбоксиметилцеллюлозы (CMC) (PEDOT:PSS/CMC, 1/1), связующим из полиакриловой кислоты и карбоксиметилцеллюлозы (PAA/CMC, 1/1) и традиционным коммерческим связующим с поливинилиденфторидом (PVDF). 9. Проведены исследования новых по структуре материалов для анодов литий-ионных батарей на основе дисульфида молибдена. 10. Исследованы анодные материалы для литий-ионных аккумуляторов на основе дисульфида молибдена LixMoS2 с разными связующими компонентами. 11. Был впервые проведен синтез иерархических структур C@SnS@C, состоящих из полых углеродных сфер, покрытых нанолистами SnS с S,N-допированным углеродным покрытием. Электрохимические характеристики C@SnS@C в качестве анода в натрий-ионных аккумуляторах были изучены методами ЦВА, гальваностатического заряда-разряда и спектроскопии электрохимического импеданса. 12. Проведены исследования кинетики заряд-разрядных процессов в электродах Li4Ti5O12/С/PEDOT:PSS/CMC методом спектроскопии электрохимического импеданса при длительном циклировании макетов аккумуляторов. 13. Изучен механизм процессов электрохимического осаждения оксида вольфрама в различные проводящие полимеры (СР) из метастабильного кислого раствора изополивольфрамата, а также на стеклоуглеродные электроды. 14. Исследованы новые органические материалы для энергозапасающих устройств (аккумуляторов и суперконденсаторов). 15. Рассмотрены фундаментальные вопросы электрохимического поведения органо-неорганических композитов на основе проводящего полимера и оксидов переходных металлов. 16. Проведен электрохимический синтез композитных материалов PEDOT/MoS2 с использованием осадка MoS2 в качестве матрицы-темплата. 17. Рассмотрены теоретические вопросы измерений псевдо-емкостных свойств материалов для электрохимических конденсаторов, проведена проверка теоретических выводов при экспериментальном тестировании двух типов систем (стальных сетчатых электродов, покрытых слоем MnO2, и коммерческих суперконденсаторов разной емкости).