|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
«Разработка фосфатных катодных материалов и полимерных электролитов для литиевых аккумуляторов»НИР
"Development of phosphate cathode materials and polymer electrolytes for lithium batteries"
- Руководитель НИР: Антипов Е.В.
- Ответственные исполнители: Бабкин А.В., Дрожжин О.А., Сергеев В.Г.
- Участники НИР: Александров Ю.Д., Бабкин А.В., Жарикова Э.В., Розова М.Г., Семерухин Д.Ю., Шлыкова Ю.В.
- Подразделение: НИЛ материалов для электрохимических процессов
- Срок исполнения: 13 августа 2024 г. - 16 декабря 2024 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): №000000S507521 QY L0002/ Д24-0780 (254/24)
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: Энергоэффективность и энергосбережение
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.33 Электрохимия
- Классификатор OECD: Электрохимия
-
Ключевые слова:
анодный материал, катодный материал, связующее, литий-ионный аккумулятор, полимерный электролит
binder, anode material, lithium-ion battery, polymer electrolyte, cathode material -
Описание:
разработать лабораторные методики получения фосфатных катодных материалов
-
Abstract:
The project is aimed at developing technologies for creating a positive electrode (cathode) and polymer electrolyte for lithium secondary power sources. Cathode material based on mixed lithium and iron-manganese phosphate will increase the energy capacity of modern batteries due to the presence of a high-voltage redox transition Mn2+/Mn3+. Polymer electrolyte will improve the safety of batteries and provide the possibility of using metallic lithium on the anode, which will be an additional factor in increasing the specific energy capacity of batteries.
-
Планируемые результаты:
- протоколы приготовления электродов LFMP со связующими на водной основе - протоколы исследования электродов LFMP - Результаты тестирования не менее 10 электрохимических ячеек. - Электроды LFMP со связующими на водной основе, со следующими характеристикам и обеспечение падения емкости электродов не более 20% до 300 циклов заряда/разряда - методики изготовления твердых полимерных электролитов и композиционных полимер1ых электролитов различного состава; -протоколы изготовления твердых полимерных электролитов и композиционных полимерных электролитов различного состава; - протоколы исследования физико-химических и электрохимических свойств полимерных мембран из ТПЭ и кпэ - Изготовленные твердые полимерные электролиты и композиционные полимерные электролиты различного состава. - Лабораторные методики получения различных типов неорганических добавок (AIOOH и/или А12O3)
-
Научный задел:
Сотрудники Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова имеют серьезный задел по тематикам фосфатных катодных и полимерных материалов для литиевых аккумуляторов, что подтверждается большим количеством публикаций в ведущих мировых журналах. Разработанные в ходе предыдущей работы лабораторные методы синтеза LiFePO4 с рекордными электрохимическими характеристиками, а также способы изготовления электродных композитов с применением различных полимерных связующих, обуславливают высокую вероятность успешного выполнения поставленных целей и задач.
- Добавил в систему: Антипов Евгений Викторович
Источник финансирования НИР
| Хоздоговор, мобильные источники тока |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 13 августа 2024 г.-30 ноября 2024 г. | Электрохимическое тестирование синтезированных образцов с применением нанесения функциональных слоев на водной основе |
| Результаты этапа: В ходе текущего этапа проекта работа была направлена на анализ электрохимических свойств (емкости и стабильности циклирования) электродов, приготовленных на основе LFMP с применением водных связующих, в ходе кратковременного (до 300 циклов) циклирования литиевых полуячеек. Были исследованы следующие связующие: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (CMC), альгинат натрия (Alg), полиакриловая кислота (PAA), а также их комбинации с стирол-бутадиеновым каучуком (SBR). По результатам анализа зависимости емкости от номера цикла были выявлены два состава, удовлетворяющие заложенным в Программе требованиям (не более 20% за 300 циклов, или 0.067 %/цикл): PAA и CMC/SBR, демонстрирущие деградацию на уровне 0.051 и 0.042 %/цикл, соответственно. Более глубокое исследование стабильности этих электродов будет продолжено в последующей работе с помощью сборки полных ячеек с интеркаляционными анодными материалами, а также исследования трехэлектродных ячеек, в т.ч. методом спектроскопии импеданса. | ||
| 2 | 1 декабря 2024 г.-16 декабря 2024 г. | Изучение фазового состава, морфологии и электрохимических свойств получаемых материалов. Изучение циклируемости электродов |
| Результаты этапа: В ходе текущего этапа проекта работа была направлена на анализ электрохимических свойств (емкости и стабильности циклирования) электродов, приготовленных на основе LFMP с применением водных связующих, в ходе длительного (300 циклов и более) циклирования литиевых полуячеек, а также полных ячеек с интеркаляционными анодными материалами -графитом и литий-титановой шпинелью. Были исследованы наиболее перспективные составы связующих, определенные по результатам предыдущей работы: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (СМС), а также ее комбинации со стирол-бутадиеновым каучуком (SBR), и полиакриловая кислота (РАА). Показано, что уменьшение емкости ячеек в ходе циклирования связано в первую очередь с деградацией литиевого противоэлектрода и электролита. Показано, что связующее на основе РАА обеспечивает показатели литиевой полуячейки, удовлетворяющие заложенным в Программе требованиям (не более 20% за 300 циклов): емкость одной из исследованных ячеек составила 82% от исходной после 300 циклов заряда-разряда. Кроме того, с целью модификации морфологии материалов был получен ряд образцов LFMP с варьированием соотношения вода: органический растворитель. | ||
| 3 | 13 августа 2024 г.-1 ноября 2024 г. | Разработка методов получения твердых полимерных электролитов (ТПЭ) и композиционных полимерных электролитов (КПЭ) на основе смесей поливинилиденфторида (в качестве матрицы-носителя) или сополимера поливинилиденфторид/гексафторполимер и полиметилметакрилата и/или полипропиленкарбоната (в качестве катион-координирующей системы). |
| Результаты этапа: В рамках проекта разработаны методики получения твердых и композиционных полимерных электролитов на основе различных полимеров или их смесей. Установлено, что использование смесевых композиций оказывается более перспективным направлением, чем получение полимерных электролитов на основе гомополимеров. ТПЭ на основе ПВДФ (без введения неорганической добавки) демонстрирует значительно меньшие показатели ионной проводимости, в сравнении с КПЭ, содержащим неорганическую добавку. Введение сополимера в состав ТПЭ, предположительно, способствует формированию более аморфной структуры, так как процессы кристаллизации в среде несмешивающихся полимеров значительно затруднены. В результате ионная проводимость полученного ТПЭ значительно возрастает. Важно также отметить роль неорганической добавки. В ходе работы установлено, что введение AlOOH в структуру ТПЭ на основе ПВДФ способствует росту ионной проводимости ~ в 5 раз. Получены количественные зависимости ионной проводимости от концентрации неорганической добавки. Установлено, что наилучшей проводимости удаётся достичь при концентрации AlOOH 5-10 масс. %. Аналогичные зависимости получены при оценке числа переноса для систем с различной концентрацией неорганической добавки. Установлено, что введение 5 масс.% в состав ТПЭ способствует увеличению катионного числа переноса более, чем на 20%. | ||
| 4 | 1 декабря 2024 г.-16 декабря 2024 г. | Разработка лабораторных методик получения и анализ влияния различных типов неорганических добавок (AlOOH и/или Al2O3) на ключевые (ионная проводимость, числе переноса по литию) эксплуатационные характеристики различных типов КПЭ. |
| Результаты этапа: В рамках реализации проекта проведены комплексные исследования различных типов полимерных электролитов на основе сополимеров и смесей полимеров ПВДФ. Разработаны методики гидротермального синтеза неорганических наночастиц бёмита и оксида алюминия. С использованием различных методов анализа исследована их структура. Показано, что наночастицы бёмита представляют собой нитевидные наноразмерные кристаллиты в широком диапазоне размеров, а наночастицы оксида алюминия – сферические агломераты гомогенных первичных частиц нанометрового размера. С использованием данных о влиянии концентрации неорганической добавки на свойства композиционных полимерных электролитов (полученных на предыдущем этапе работы) исследовано влияние типа неорганической добавки для различных полимерных матриц. Установлено, что природа неорганических частиц и их взаимодействие с полимерной матрицей оказывают значительное влияние на ионную проводимость КПЭ. При этом катионное число переноса значительно возрастает при введении неорганических частиц, что характерно для всех исследуемых систем. Таким образом, в рамках проекта разработаны апробированные лабораторные методики синтеза КПЭ на основе PVDF-HFP и PVDF-PMMA с различными типами неорганических добавок. Полученные КПЭ демонстрируют высокую ионную проводимость (>10-3 См/см) и высокое катионное число переноса (>0,4). Предлагаемые КПЭ обладают большим потенциалом для эффективного их применения в твердотельных литий-ионных аккумуляторах. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".