Новые электродные материалы для металл-ионных аккумуляторов с улучшенными энергетическими характеристиками

Распространение и прогресс ЛИА связаны в первую очередь с их применением в мобильной электронике, использование литий-ионных технологий в крупногабаритных приложениях требует создания аккумуляторов нового поколения, обладающих повышенной удельной энергией, способных заряжаться на полную емкость за минуты и работать при больших плотностях тока. Одним из основных элементов аккумулятора, определяющим эти показатели, является материал положительного электрода. Данный проект направлен на создание новых катодных материалов, способных заметно улучшить функциональные качества литий-ионных аккумуляторов, в первую очередь, удельную энергоемкость и мощность, а также на разработку альтернативных металл-ионных систем, с привлекательными экономическими показателями.Впервые будет осуществлен предварительный систематический поиск перспективных катодных материалов металл-ионных аккумуляторов с использованием математических моделей, позволяющих анализировать транспорт катионов щелочных металлов в рамках различных кристаллохимических подходов. Для поиска будет использован огромный массив структурной информации – база структурных данных ICSD 2015. На основе перспективных активных материалов с высокой удельной емкостью и быстрым ионным транспортом (объектами станут как уже известные материалы – оксиды ванадия, так и новые материалы – фосфаты, фторидофосфаты, синтезированные в ходе выполнения проекта) будут созданы электродные композиции и проведено исследование влияния углеродных добавок на характеристики электродных материалов и их устойчивость в процессе циклического разряда/заряда аккумулятора.Механизмы процессов интеркаляции/экстракции ионов щелочных металлов в активные материалы, а также побочных процессов будут исследованы с применением комплексного подхода, вовлекающего одновременно методы анализа объема (нейтронная, рентгеновская, электронная дифракция, спектроскопия рентгеновского поглощения и комбинационного рассеяния) и поверхности материалов (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, спектроскопия рентгеновского поглощения с регистрацией фотоэлектронного выхода). Эти методы будут применены в том числе in situ, в процессе электрохимического циклирования. Будет проведено численное моделирование электрохимических откликов изучаемых материалов, выявлены общие закономерности и особенности поведения новых материалов в электрохимических процессах. На основе проведенного теоретического анализа будут предложены пути оптимизации и модифицирования состава, морфологии материалов для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик.