| Название НИОКТР |
Разработка новых перспективныхтвердотельных материалов для магний- ицинк-ионных аккумуляторов
|
| Аннотация |
Одними из наиболее перспективных альтернатив литий-ионным аккумуляторамявляются натрий-ионные аккумуляторы, а также аккумуляторы с поливалентнымикатионами. Натрий-, магний- и цинксодержащие природные ресурсы широкораспространены, что обеспечивает низкую стоимость используемых материалов втаких аккумуляторах. Однако в области натрий-ионных аккумуляторов возникаетпроблема, связанная с поиском новых типов проводящих кристаллическихматериалов. Натриевые структурные аналоги литий-проводящих соединений неявляются подходящими ввиду больших размеров ионов натрия, в то время какионные радиусы магния и цинка сопоставимы с литием. Аккумуляторы на основеполивалентных катионов менее склонны к дендритообразованию и являются болеебезопасными по сравнению с щелочно-катионными. Поливалентность катионовприводит к большей объёмной ёмкости, но в то же время их больший зарядспособствует более сильным электростатическим взаимодействиям с ионамикаркаса, затрудняя их диффузию. Еще одним ограничением их активногоиспользования на практике является отсутствие подходящих электролитов. Всвязи с этим необходим поиск новых перспективных магний- и цинксодержащихион-проводящих материалов.Ранее, в рамках реализации проекта РНФ №19-73-10026, мы проводилитеоретический поиск кристаллических проводников с различными поливалентнымиионами. Нами были обнаружены перспективные магний- и цинк-проводящиематериалы: Mg(Zn)M2X4, M – переходный металл, X – O, S, Se с гравиметрическойёмкостью более 300 мАч/г; Mg3Nb6O11 с энергией миграции 0.41 эВ для 2Dдиффузии; различные твердые электролиты: ZnP2O6, Zn3B2O6, Zn3BPO7, Zn3S2O9, атакже структуры типа La3CuSiS7: ZnLa3AlS7, ZnLa3GaSe7, ZnLa6Ge2S14,ZnLa6Si2S14 с проводимостью более 10^-3 См/см при 300 К и энергией активациидиффузии менее 0.5 эВ. В рамках настоящего проекта будет осуществлен синтезбольшинства указанных материалов, исследованы их структура и морфология,измерена проводимость при помощи импеданс-спектроскопии. Впервые теоретическибудут изучены соединения, содержащие Mg2+ и Zn2+ рабочие катионы и переходныеметаллы в промежуточных степенях окисления, благодаря чему будут определеныновые перспективные электродные материалы для симметричных ячеек. Также будетосуществлен поиск новых катодных материалов конверсионного типа на основе фазШевреля, MnO2, V2O5, MoO3, поскольку подобные структуры наилучшим образомзарекомендовали себя для Mg2+- и Zn2+-ионных аккумуляторов. Для этой целибудут отобраны различные бинарные и тернарные оксиды и халькогенидыпреимущественно со слоистой структурой с высокими значениями степенейокисления переходных металлов, а также карбиды и нитриды, которые могутотноситься к набирающей популярность в области аккумуляторов группе MXene.Для отобранных структур при помощи квантово-химических подходов будутвыполнены расчёты параметров де/интеркаляции. Структуры с наивысшимипотенциалами и при этом меньшими объёмными изменениями будут синтезированыдля дальнейших экспериментальных исследований.Наиболее перспективные материалы среди отобранных нами ранее и найденныхвпервые в рамках настоящего проекта будут использованы для сборкиаккумуляторов монетного типа с целью исследования ёмкостных характеристик ициклируемости в различных режимах. Кроме того, методами математическогомоделирования будут изучены возможности улучшения характеристик найденныхвеществ за счет допирования и модификации поверхности.Структурные и электрохимические характеристики новых проводящих материаловбудут занесены в разрабатываемую нами базу данныхhttps://batterymaterials.info, функционал которой будет расширен. Вчастности, будет создано программное обеспечение для анализа электродныхматериалов, при помощи которого в автоматическом режиме можно будетрассчитывать гравиметрическую и объёмную ёмкости, объём свободногокристаллического пространства для загруженной пользователем структуры, ипроводить поиск оптимального материала по заданным пользователем параметрам.
|
| Доступ к ОКОГУ исполнителя |
False
|
| Количество связанных РИД |
0
|
| Количество завершенных ИКРБС |
0
|
| Сумма бюджета |
18000.0
|
| Дата начала |
2025-09-10
|
| Дата окончания |
2028-06-30
|
| Номер контракта |
25-73-10052
|
| Дата контракта |
2025-03-11
|
| Количество отчетов |
3
|
| УДК |
|
| Количество просмотров |
6
|
| Руководитель работы |
Морхова Елизавета Александровна
|
| Руководитель организации |
Быков Дмитрий Евгеньевич
|
| Исполнитель |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
|
| Заказчик |
Российский научный фонд
|
| Федеральная программа |
Отсутствует
|
| Госпрограмма |
—
|
| Основание НИОКТР |
Грант
|
| Последний статус |
2025-10-27 08:36:56 UTC, 2025-10-27 08:36:56 UTC
|
| ОКПД |
Услуги, связанные с научными исследованиями и экспериментальными разработками в области химических наук
|
| Отраслевой сегмент |
—
|
| Минздрав |
—
|
| Межгосударственная целевая программа |
—
|
| Ключевые слова |
моделирование; ионная проводимость; энергия активации; твёрдый электролит; электродный материал; цинк-ионный аккумулятор; Магний-ионный аккумулятор
|
| Соисполнители |
—
|
| Типы НИОКТР |
Разработка новых материалов, научно-методических материалов, продуктов, процессов, программ, устройств, типов, элементов, услуг, систем, методов, методик, рекомендаций, предложений, прогнозов
|
| Приоритетные направления |
—
|
| Критические технологии |
—
|
| Рубрикатор |
29.03.77 - Моделирование физических явлений
|
| OECD |
—
|
| OESR |
Электрохимия (сухие элементы, батареи, топливные элементы, коррозионные металлы, электролиз)
|
| Приоритеты научно-технического развития |
а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
|
| Регистрационные номера |
—
|
