Номер проекта: 16-13-00038

Аннотация проекта

Проект посвящён созданию новых катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов на основе полимерных комплексов переходных металлов с основаниями Шиффа, модифицированных энергоёмкими окислительно-восстановительными нитроксильными радикальными группами (TEMPO).
Основная цель заключается в повышении проводимости органических катодных материалов аккумуляторов при сохранении достаточной удельной ёмкости, что достигается использованием проводящих материалов каркаса с высокой ёмкостью.

Актуальность и научная новизна:

• Полимерные комплексы переходных металлов (например, никеля, меди, кобальта) с саленовыми основаниями Шиффа представляют собой хорошо известный класс металлоорганических проводящих полимеров, отличающийся высокой электронной и ионной проводимостью, большой собственной редокс-ёмкостью и стабильностью при циклических редокс-переходах в органических электролитах.
• Эти комплексы широко используются как модификаторы электродов двухслойных суперконденсаторов [19–23], однако об их применении в литий-ионных аккумуляторах известно немного.
• Проводящие полимеры широко применяются для повышения проводимости катодных материалов как на основе неорганических соединений (LiCoO₂, LiFePO₄), так и инновационных органических редокс-систем.
  По сравнению с изученными полимерами (полипиррол, поли-3,4-этилендиокситиофен и др.), металл-полимерные комплексы саленового типа обеспечивают более высокую проводимость и редокс-ёмкость.
• Возможность введения различных заместителей без потери электрохимических свойств [18, 20, 30–37] делает эти комплексы удобными для синтеза новых полимеров, содержащих одну или несколько редокс-активных групп типа TEMPO.

Группы на основе TEMPO, как в виде свободных молекул, так и в составе алифатических полимерных матриц, демонстрируют высокую редокс-ёмкость для катодов литий-органических аккумуляторов, однако страдают от низкой проводимости. Этот недостаток может быть устранён путём сочетания групп TEMPO с высокопроводящими полимерными комплексами.

Подход проекта

• Синтезировать новые катодные материалы на основе полимерных комплексов никеля и меди.
  • Будут использованы как новые соединения (с химически связанными редокс-центрами TEMPO-групп), так и механические смеси известных комплексов с редокс-активными материалами.
• Охарактеризовать полученные материалы с помощью различных электрохимических и физических методов (циклическая вольтамперометрия, импедансная спектроскопия, электрохимическая кварцевая микрогравиметрия и др.).
• Испытать материалы в модельных литий-ионных аккумуляторах для выявления оптимальных составов высокомощных литий-органических катодов.
• Исследовать механизмы влияния органических заместителей на электронную структуру этих материалов с помощью квантовохимических расчётов.