Новый подход к конструированию катодных материалов для литий-ионных батарей

Проект направлен на синтез новых катодных материалов для литий-ионных и натрий-ионных батарей и их предварительной характеризации в режиме operando с помощью спектроскопии рентгеновского поглощения. Потребность в новых материалах для хранения энергии с высокими скоростью заряда/разряда, плотностью энергии и стабильностью требует новых подходов к синтезу и модификации поверхности катодного материала. В настоящей работе будут использованы металлоорганические каркасные структуры в качестве источника металла и углерода для покрытия поверхности наночастиц высоковольтных материалов со структурой оливина семейства LiMPO4, M=Co, Ni, Fe или их смесь. В частности, будут использованы МОК семейства ZIF-8 и UiO-66, которые после карбонизации образуют устойчивую проводящую углеродную оболочку вокруг частиц катодного материала. Использование этой же плёнки на основе МОК в качестве сепаратора позволит заменить жидкий электролит на электролит в порах и существенно уменьшит эффекты падения ёмкости при высоких скоростях циклирования за счёт уменьшения скорости деградации. Для достижения наилучших свойств синтезируемого материала мы будем использовать как традиционные гидротермальные подходы, так и установки под давлением, а также ускоренный микроволновый или сонохимический нагрев. Теоретические расчеты энергетических диаграмм и электронной структуры материала, будут использованы для выбора наилучших кандидатов на синтез. Детальная спектроскопическая характеризация синтезированных материалов, в т.ч. в режиме operando, одновременно с электрохимическим циклированием будет использоваться для корреляции деталей процедуры синтеза с конечными свойствами. Такая методика позволит создать замкнутый цикл “синтез – диагностика – синтез” для достижения желаемых электрохимических свойств катодных материалов в короткие сроки.