Формирование тонкослойных неорганических наноструктур на поверхности мезопористых матриц и их применение как электродных материалов в составе асимметричных суперконденсаторов

В последние годы возрастает необходимость в разработке и создании новых эффективных источников энергии, которые определяют перспективы развития производства портативных мобильных устройств, высокотехнологичных устройств, промышленных установок, электротранспорта, авиатехники и т.д. К таким источникам питания предъявляется целый ряд требований: высокие значения удельной энергии и емкости, стабильность характеристик при многократных циклах заряда-разряда, длительный срок службы, высокое рабочее напряжение и мощность. Кроме того, эти устройства должны быть компактными, устойчивыми к воздействиям окружающей среды, работать в широком диапазоне температур, экологически безопасными и недорогими в производстве. Суперконденсаторы представляют собой перспективные устройства хранения энергии, которые характеризуются большой емкостью по отношению к габаритам, чрезвычайно низким уровнем последовательного сопротивления и высокой скоростью зарядки, что делает их весьма перспективными для использования в энергетических сетях, электромобилях и портативной технике. Особый интерес представляют так называемые асимметричные суперконденсаторы, в которых на катоде накопление энергии происходит в двойном электрическом слое, а на аноде за счет протекания фарадеевских процессов. Таким образом, они сочетают в себе преимущества обычных суперконденсаторов и литий-ионных батарей, что делает перспективным их дальнейшее практическое применение. Технологические возможности создания подобных устройств в значительной мере определяются решением научных проблем химии материалов, среди которых особенно актуальна проблема разработки технологии и новых методик синтеза высокоэффективных емкостных материалов. Данный проект направлен на решение проблемы разработки основ формирования и новых подходов к синтезу наноразмерных неорганических соединений и их композитов с мезопористыми материалами, как основы технологии создания новых высокоэффективных электродных материалов для асимметричных суперконденсаторов, а также других возможных применений. Научная новизна исследований, в данном проекте, заключается в разработке и обосновании оригинальных методик послойного синтеза, в частности методики ионного наслаивания, и синтеза методом растворного горения, которые предполагается использовать для создания новых высокоэффективных тонкослойных наноразмерных неорганических материалов, нанесенных на поверхность мезопористых оксидных матриц. В данной работе впервые предлагается использовать комбинацию методов послойного синтеза и растворного горения, а именно синтезировать наноразмерные неорганические материалы по методике послойного синтеза на поверхности оксидных мезопористых матриц, полученных методом растворного горения. Установленные в результате выполнения проекта закономерности, процессы и условия формирования таких соединений послужат научной основой для разработки новых методов и технологических подходов к получению композитных наноразмерных неорганических соединений, перспективных для создания новых функциональных материалов. В результате выполнения проекта предполагается разработать и предложить ряд новых маршрутов и методик по формированию наноразмерных неорганических соединений на поверхности мезопористых оксидных матриц с контролируемой составом, строением и морфологией. Для получения электроактивных материалов в качестве объектов исследования были выбраны гидратированные оксиды, сульфиды, фосфиды и кобальтиты переходных металлов, представляющиеся перспективными для создания высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов. Таким образом, предлагаемая технология направленного синтеза исходных матриц на основе мезопористых оксидов различного состава с последующим нанесением на них нанослоев методом послойного синтеза является важной фундаментальной и прикладной задачей.