Фундаментальные основы и прикладные аспекты электрохимического синтеза новых материалов для электрохимических устройств преобразования и накопления энергии

Проектом предусматривается проведение экспериментальных и модельных исследований, касающихся установления закономерностей электрохимического синтеза и испытаний новых материалов с различной структурой и эксплуатационными характеристиками с целью их использования в современных эффективных электрохимических устройствах преобразования и накопления энергии. Целью проекта является создание макетов и цифровых двойников электрохимических устройств с новыми материалами на основе кремния для прямого преобразования и накопления энергии. Для этого предполагается изучение фундаментальных основ и прикладных аспектов электрохимического синтеза новых материалов с заданной структурой и составом путем решения следующих задач: 1. Разработка электрохимических способов получения тонких пленок кремния с заданным содержанием примесей для фотоэлектрохимических устройств преобразования и накопления и энергии. 2. Разработка электрохимических способов получения новых композитных электродных материалов для устройств преобразования и накопления энергии.3. Разработка электрохимических способов получения новых электродных материалов уникальной наногибридной структуры для электрохимических устройств преобразования и накопления энергии.4. Разработка математических моделей процессов переноса в синтезируемых материалах и электрохимических устройствах. 5. Создание цифровых двойников разрабатываемых электрохимических устройств преобразования и накопления энергии. Для выполнения задач будут использованы современные экспериментальные и модельные методы физико-химического и электрохимического анализа. В ходе электрохимических измерений и испытаний будут наработаны результаты, отражающие особенности кинетики и механизмов формирования структуры и эксплуатационных характеристик новых материалов. При помощи физико-химических методов будут подробно изучены состав и структура формируемых материалов, а также их влияние на свойства и эксплуатационные характеристики. Применение современных модельных методов (молекулярно-динамическое моделирование классическим методом с применением программного пакета LAMMPS, а также программ собственной разработки, использующих эмпирические потенциалы межатомного взаимодействия, квантово-механический метод с использованием кода SIESTA и приближения локальной плотности) позволит подробно отразить формирование синтезируемых материалов, спрогнозировать их структуру и свойства в зависимости от параметров синтеза. Использование программных пакетов COMSOL Multiphysics и ANSYS предоставляет возможность изучить влияние различных параметров роста на морфологическую устойчивость анизотропных кристаллов, а также исследовать их свойства. Существенное внимание будет уделено изучению получаемых нано- и микроструктур с применением современного аналитического оборудования. Совместное экспериментальное и модельное изучение, а также детальное исследование межзеренной структуры реальных образцов позволит разработать научные основы электрохимических способов получения новых материалов для электрохимических устройств преобразования и накопления энергии, а также определить и оптимизировать условия получения материалов с требуемым составом и эксплуатационными характеристиками.