Развитие методов повышения эффективности аккумулирования электрической энергии в электрохимических системах различного типа. Разработка новых электролитов и электродных материалов для суперконденсаторов, литиевых и литий ионных аккумуляторов, повышающих их удельную энергию, мощность и длительность эксплуатации

В заключительном отчете суммированы основные результаты исследований, выполненных в 2017-2021 гг в лаборатории электрохимии Уфимского Института химии УФИЦ РАН по теме «Развитие методов повышения эффективности аккумулирования электрической энергии в электрохимических системах различного типа. Разработка новых электролитов и электродных материалов для суперконденсаторов, литиевых и литий ионных аккумуляторов, повышающих их удельную энергию, мощность и длительность эксплуатации». Более подробно результаты исследований, выполненных в 2017-2020 гг, представлены в годовых отчетах. Целями научно-исследовательских работ были теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных закономерностей протекания электрохимических и сопутствующих химических и физико-химических процессов в литий-серных аккумуляторных ячейках при длительном зарядно-разрядном циклировании, выявление факторов, оказывающих наиболее сильное влияние на их удельную энергию и длительность циклирования, изучение процессов, протекающих на литиевом электроде в электролитных системах различного состава, в том числе и содержащих полисульфиды лития, разработка методов изготовления тонкослойных литиевых электродов со специальными покрытиями, улучшающими их электрохимические свойства, разработка жидких и твердых керамо-полимерных электролитов. Большое внимание было уделено синтезу и исследованиям физико-химических свойств сольватных ионных жидкостей, представляющих по своей химической природе сольватные комплексы литиевых солей с молекулами апротонных диполярных растворителей. Было обнаружено, что сольватные ионные жидкости на основе сульфолана и литиевых солей обладают высокой электропроводностью и находятся в жидкофазном состоянии в широком температурном диапазоне, в том числе и при температурах –70 оС. Показано, что сольватные ионные жидкости являются перспективными электролитными системами для литий-серных аккумуляторов. Также большое внимание в проведенных исследованиях было уделено закономерностям электрохимических процессов, протекающих в пористых углеродных электродах в электролитных системах, содержащих растворенные полисульфиды лития различной размерности, изучению перераспределения серы между электродами литий-серных ячеек в процессе длительного циклирования. Комплекс выполненных работ позволил существенно расширить представления о закономерностях электрохимических процессов, протекающих в литий-серных аккумуляторах при длительном зарядно-разрядном циклировании, о механизмах процессов, ограничивающих энергетические характеристики литий-серных аккумуляторов и длительность их циклирования. По результатам выполненных работ опубликовано 24 научные статьи в ведущих научных журналах, из них 16 статей в изданиях, индексируемых в Scopus и WoS (3 статьи в журналах Q1 и 2 статьи – в журналах Q2), и 8 статей в изданиях, индексируемых в РИНЦ. Основные результаты исследований были доложены на XV и XVI Международных конференциях «Актуальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах», 6th Workshop «Lithium-Sulfur-Batteries» (2017, Dresden, Germany), 7th Workshop «Lithium-Sulfur-Batteries» (2018, Dresden, Germany), Workshops «Carbon electrode materials» & «Lithium metal anodes» (2019, Dresden, Germany), 8th Workshop «Lithium-Sulfur-Batteries» (2020, Dresden, Germany), Международной конференции «International Conference On Lithium-Sulfur-Batteries (ICLSB) / Online Event» (2021, Dresden, Germany). Результаты проведенных фундаментальных исследований создали научную основу для проведения опытно-конструкторских и технологических работ, направленных на разработку прототипов литий-серных аккумуляторов. Все научные задачи, сформулированные в планах исследований, были успешно выполнены в полном объёме и созданы научные заделы для проведения исследований в последующие периоды.