СПбГУ №116897809

(2025—2027; учётный номер НИОКТР Минобрнауки: 125022002749-4)

Аннотация

Будет проведено моделирование структур оксидов ванадия с покрытием и/или интеркаляцией проводящего полимера в межслоевое пространство и определена наиболее энергетически выгодная конфигурация. Также будут оценены параметры материалов, в том числе диффузия интеркалируемых ионов. Будет осуществлен синтез модельных образцов оксидов ванадия с покрытием и интеркаляцией проводящими полимерами и проведено подтверждение их структуры различными методами, а также оценены функциональные свойства. Финальным результатом проекта является получение катодного материала на основе оксида ванадия для цинк-ионного аккумулятора с характеристиками на уровне около 400 мАч/г и более при токе 0.1 А/г; стабильно функционирующего в течение 1000 циклов при токах 0.3 – 10 А/г.

По итогам реализации проекта будет определены наилучшие комбинации «оксид ванадия – полимер» с наиболее высокими эксплуатационными характеристиками с целью создания новых электродных материалов для безопасных и эффективных электрохимических источников тока (водных цинк-ионных аккумуляторов). Полученные данные могут быть использованы для получения новых экологически безопасных типов ХИТ, которые могут функционировать в различных климатических условиях.

Ожидаемые результаты

Междисциплинарность данного проекта обуславливается рассмотрением процессов переноса заряда в сложных композитных материалах на основе оксидов ванадия и проводящих полимеров. В частности, изучение процессов интеркаляции ионов в твердом теле и диффузии ионов в электролите может быть описано рядом физических законов и смоделировано в соответствии с основными существующими теориями, а также подтверждено результатами экспериментальных исследований различными электрохимическими методами, методами анализа состава, структуры, поверхности материала.

В рамках проекта запланированы следующие результаты:

• Моделирование структуры оксида ванадия с проводящим полимером. Планируется провести моделирование методами функционала плотности в периодической модели структуры оксидов ванадия со слоистой структурой с интеркаляцией поли(3,4-этилендиокситиофена) в межслоевое пространство. Провести корреляцию с экспериментальными данными. Исследована взаимосвязь между структурой катодного материала и параметрами диффузии ионов цинка.
• Синтез композитных материалов для металл-ионных аккумуляторов и их характеризация. Получены образцы оксидов ванадия с покрытием и интеркаляцией полимеров (поли(3,4-этилендиокситиофен и др.) с использованием различных синтетических методик. Проведена характеризация полученных материалов методами РФА, СЭМ, ПЭМ, ТГА, РФЭС. Начато исследование функциональных свойств.
• Электрохимическая производительность композитных материалов. Приготовлены электродные материалы. Произведено тестирование электрохимических свойств электродных материалов в макетах водных цинк-ионных аккумуляторов методами: гальваностатического заряд-разряда, циклической вольтамперометрии и спектроскопии фарадеевского импеданса. Оценка электропроводности оксида ванадия без/с полимерами.