УЛУЧШЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИНК ИОННЫХ ВОДНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ЗА СЧЕТ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ ПРОВОДЯЩИМ ПОЛИМЕРОМ (заключительный)

В ходе выполнения первого этапа проекта в 2021 г. методом гидротермального синтеза и методом электроосаждения на различные подложки при варьировании условий осаждения и состава электролитов были получены оксиды марганца разной морфологии и структуры. Методом рентгеновской дифракции высокого разрешения установлена структура материалов, соответствующая оксидам марганца α-MnO2, ε-MnO2 и δ-MnO2. Установлены размеры активных частиц, их распределение и морфология полученных материалов. Изучено влияние проводящего полимера поли-3,4-этилендиокситиофена на модификацию свойств электродных материалов на основе электроосажденных оксидов марганца и химически синтезированных оксидов марганца и ванадия. Методами циклической вольтамперометрии и гальваностатических заряд-разрядных кривых изучены электрохимические свойства полученных электродных материалов. Определены величины удельной емкости, их зависимость от плотности токов и стабильность при длительном циклировании. Изучено влияние природы материала токового коллектора (углеродная бумага, титановая фольга, сетка из нержавеющей стали, стеклоуглерод) на функциональные параметры макетов цинк-ионных аккумуляторов. Методом электрохимических кварцевых микровесов изучены электрохимические и массообменные процессы в пленках электроосажденного оксида марганца в цинк-содержащих электролитах различного состава. Исследовано влияние нанесения на цинк полимерных покрытий и создание композитных цинковых анодов. Показано, что полимерное композитное покрытие на цинке из искусственно создаваемого электронно-ионного проводящего слоя (Alg-Zn+СB@Zn), состоящего из альгинат-гелевого слоя и углеродной сажи не только обеспечивает больше центров нуклеации Zn, эффективно снижая рост дендритов, но и подавляет побочные реакции, приводящие к коррозии цинка. Изучены электрохимические и структурно-химические свойства катодных материалов на основе нановолокон V2O5, полученных методом электроспиннинга. В ходе выполнения второго этапа проекта в 2022 г. определены условия гидротермального синтеза оксидов ванадия как исходных материалов для создания композитных катодов цинк-ионных аккумуляторов. Разработаны способы синтеза ряда композитных материалов на основе оксидов ванадия, включающие дополнительную модификацию состава и структуры исходных соединений с использованием проводящего полимера поли-3,4-этилендиокситиофена. Изучены различные способы поверхностной модификации зерен активных материалов (оксидов марганца и ванадия, а также пред-интеркалированных ионами чужеродных металлов оксидов ванадия (NaxV2O5, CoxV2O5) с использованием проводящего полимера поли-3,4-этилендиокситиофена. Синтезированные материалы были охарактеризованы структурно-химическими методами, включая рентгенографические исследования и исследования морфологии и состава поверхности методами сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Электрохимические свойства ряда полученных композитных материалов, отличающихся по структуре оксида ванадия, способу модификации и соотношению компонентов в композите были изучены методами циклической вольтамперометрии и гальваностатических заряд-разрядных кривых при варьировании скоростей развертки потенциала и заряд-разрядных токов Для некоторых перспективных образцов катодных материалов были проведены исследования кинетических закономерностей процессов в электродных материалах методом спектроскопии электрохимического импеданса, что позволило получить данные по кинетическим характеристикам процессов в изученных электродных материалах. Электрохимические исследования функциональных свойств полученных композитных материалов как на отдельных электродах в растворах электролитов, так и в составе макетов цинк-ионных аккумуляторов формата CR2032. Основные результаты были получены при исследовании макетов полных цинк ионных аккумуляторов с катодами на основе оксидов ванадия разного состава при разных плотностях тока и при длительном циклировании с оценкой основных функциональных параметров. Изучено влияние проводящего полимера поли-3,4-этилендиокситиофена на модификацию свойств электродных материалов на основе электроосажденных оксидов марганца и химически синтезированных оксидов марганца и ванадия. Показано, что химическое покрытие зерен проводящим полимером является одним из перспективных способов улучшения функциональных свойств катодов. По результатам выполнения работ по проекту в целом опубликовано 11 статей, из них 5 в журналах первого квартиля (Q1), опубликовано 22 тезисов докладов на международных и российских конференциях. Ключевые слова: цинк-ионные аккумуляторы, удельная емкость, цинковый анод, металл-оксидный катод, оксиды марганца, оксиды ванадия, проводящие полимеры, композитные материалы