Номер гранта: 16-03-00457

Описание проекта

Данный проект направлен на синтез и исследование новых материалов для накопления энергии в электрохимических литий-ионных суперконденсаторах. Центральная стратегия получения материалов с улучшенными характеристиками (более высокая энергия и мощность, увеличенный срок циклирования) заключается в использовании материалов, применяемых в литий-ионных аккумуляторах, и улучшении их свойств за счёт двух ключевых модификаций:

1. Тонкослойная поверхностная модификация зёрен активного материала (например, LiMn₂O₄, LiMn₂O₄ с оболочкой SnO₂, Li₄Ti₅O₁₂) проводящим полимером поли(3,4-этилендиокситиофеном) (PEDOT):

   • Повышает проводимость материала
   • Стабилизирует неорганический компонент, уменьшая его деградацию
   • Облегчает интеркаляцию/деинтеркаляцию ионов лития в поверхностных слоях неорганических зёрен

2. Использование новых составов электролитов на основе пропиленкарбоната и различных ионных жидкостей:

   • Расширяет электрохимическое рабочее окно
   • Расширяет температурный диапазон работы, особенно в сторону низких температур
   • Повышает эксплуатационную безопасность суперконденсаторов

В рамках проекта планируется получить два основных типа наноструктурированных материалов:

• Структуры типа core-shell, в которых зёрна активного материала покрыты оболочкой PEDOT
• Объёмно-распределённые структуры, создаваемые из коллоидных дисперсий неорганического активного материала с PEDOT:PSS (поли(3,4-этилендиокситиофен/полистиролсульфонат)) и добавлением углеродных материалов

Основные направления исследований:

• Изучение влияния полимерных добавок, особенно толщины оболочки в инкапсулированном зерне, а также структурно-морфологических факторов и природы электролита на электрохимию перезаряжаемых материалов
• Использование высокодисперсных интеркаляционных оксидов в проводящих матрицах и поверхностной модификации для повышения циклической стабильности, увеличения удельной мощности и токов заряда/разряда

Планируемая характеризация:

• Структура с использованием TEM/SEM, энергодисперсионного анализа и других структурно-физических методов
• Свойства накопления энергии с помощью циклической вольтамперометрии, электрохимического импеданса и профилей заряда/разряда

Ключевая цель: Систематическое исследование влияния структурных и размерных факторов компонентов на электрохимические характеристики композиционных материалов, создающее основу для развития физико-химических принципов стабилизации нанокомпозитов, переноса заряда в гибридных перезаряжаемых материалах и целенаправленной оптимизации свойств.