Создание перспективных электрохимических систем хранения энергии с помощью направленного дизайна локальной структуры и микроструктуры электродных материалов

Проект направлен на разработку научных основ технологий создания передовых электродных материалов и электролитов для следующего поколения вторичных электрохимических источников тока с высокой плотностью энергии. В рамках данного проекта будут решены вопросы повышения электрохимической емкости и циклической устойчивости катодных и анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов с использованием полученного знания о локальной структуре (точечные и протяженные дефекты) и микроструктуре (границы зерен, межфазные границы, интерфейсы электрод-электролит, структуры ядро-оболочка) и разработанных методов их направленного дизайна и модификации в процессе масштабируемого синтеза материалов. Методы и подходы, используемые в проекте, будут также применены для создания твердотельных литиевых батарей с твердым электролитом, катодом с высокой плотностью энергии и металлическим литиевым анодом, где межзеренные границы и интерфейсы играют решающую роль. Работоспособность предлагаемых технологических решений будет продемонстрирована на прототипах соответствующих аккумуляторов. Применение результатов проекта ожидается в первую очередь в тяговых батареях для электротранспорта и в батареях для беспилотных летательных аппаратов. Направления технологического развития РФ в области электродвижения заданы Концепцией по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года (утверждена Правительством РФ 23 августа 2021 г.), которая предполагает выпуск 217.000 электромобилей к 2030 г., что эквивалентно ~10-15 Гвтч суммарной емкости батарей или 15-25 тыс. тонн катодного материала для литий-ионных аккумуляторов. Производство соответствующего количества аккумуляторных ячеек предусмотрено в "дорожной карте" ГК "Росатом" (Дорожная карта развития высокотехнологичной области "Технологии создания систем накопления электроэнергии, включая портативные", утверждена Правительством РФ 16 мая 2022 г.), где планируется производство 4 ГВтч/год аккумуляторных ячеек к 2025 г. с перспективой масштабирования до 12 ГВтч/год. Производство будет основано на слоистых оксидных катодных материалах с высоким содержанием никеля NMC811 и NMC9 0.5 0.5 и углеродном анодном материале с добавками кремния. Так как эти материалы являются ключевыми для данного проекта, ожидается, что успешная реализация предложенной исследовательской программы создаст основу для существенного улучшения функциональных характеристик перспективных аккумуляторных ячеек. Таким образом, тема проекта полностью соответствует направлению Стратегии технологического развития «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии».