Высокопроизводительный теоретический поиск и синтез новых перспективных натрий-проводящих материалов для твёрдотельных металл-ионных аккумуляторов

Запланированные задачи проекта, посвященного поиску и синтезу новых перспективных натрий-проводящих материалов для твёрдотельных металл-ионных аккумуляторов, выполнены полностью. При помощи набора кристаллохимических, Монте-Карло и квантово-химических подходов для оценки параметров проводимости проведен поиск новых натрий-ионных проводников среди пяти групп соединений, представленных в базе данных ICSD: натрий-содержащие сложные халькогениды, полианионные оксиды, оксогалогениды, галогениды и структуры с переходными металлами в промежуточных степенях окисления. В результате предложено 44 соединения с барьерами миграции ионов натрия менее 0.55 эВ, проводимостью более 10-5 См/см при 25 °С. По результатам скрининга базы данных опубликовано три статьи в высокорейтинговых международных журналах. Впервые подробно изучены структуры типа тихита Na6M2(CO3)4SO4 (M = Mg, Fe, Co, Ni, Mn), для которых обнаружены низкие энергии миграции менее 0.5 эВ для реализации трехпериодической карты диффузии ионов натрия, однако величина ионной проводимости для них составила менее 10-6 См/см при 100 °С, что было подтверждено и экспериментально для магнотихита. Теоретические и экспериментальные исследования проводящих свойств магнотихита также представлены в виде статьи в журнале Q1 квартиля. Для структур типа тихита с переходными металлами значения ширины запрещенной зоны находились в пределах от 0 до 1 эВ, что определяет наличие и электронного вклада в общую проводимость. Рассчитанные потенциалы интеркаляции в данных материалах достигали величин 4.2 В при извлечении ионов натрия до половины, при этом характерны малые изменения объемов ячеек и стабильность конфигураций. Дополнительно синтезировано шесть спрогнозированных натрий-ионных проводников, относящихся к четырем различным структурным типам: Na2Ln(MoO4)(PO4), Ln = Er, Y, Ho (пр. гр.: Ibca); Na2NbOF5(пр. гр.: Pbcn); моноклинные Na2V2F7 (пр. гр.: C/2c) и Na3VF6 (пр. гр.: P21/n), для которых нами разработана методика гидротермального метода синтеза. Соединение Na2V2F7 экспериментально получено впервые. За два года реализации проекта руководителем и исполнителями представлены основные результаты на шести ведущих конференциях страны в виде семи докладов. Доклад руководителя проекта на XI Национальной кристаллохимической конференции, посвященный поиску натрий-ионных проводников среди оксогалогенидов, признан лучшим. Развиваемая нами базы данных https://batterymaterials.info/ пополнена информацией о более 450 натрий-ионных проводниках, как обнаруженных в литературе, так и спрогнозированных нами.