Центр физико-химических методов исследования и анализа
Казахский
национальный университет
имени аль-Фараби

Проект МОН РК «АР09260383» «Разработка обратимого анода для магний-ионных батарей»


Актуальность: Развитие электронных технологий (электрического транспорта) и появление большого количества и разновидностей гаджетов в последнее время вызывает все больше интереса к технологиям хранения энергии. До настоящего времени решением этой задачи были литий-ионные аккумуляторы, однако их взрывоопасность, недостаточная способность хранить энергию, маленький диапазон рабочих температур, низкая устойчивость к избыточному заряду и полному разряду, затрудненность зарядки при минусовых температурах и относительная дороговизна вынуждают искать другие альтернативные варианты. Одним из таких альтернативных решений являются магниевые батареи.

Преимуществами магния являются: высокая плотность, температура плавления магния выше, чем у лития, безопасность, возможность долго держать заряд, доступность и распространенность в земной коре. Во многих исследованиях, проведенных до настоящего времени, в качестве анода используется металлический магний из-за его высокой теоретической объемной емкости (3832 мА*ч/см3) и отсутствия дендритов. Тем не менее, существует несколько проблем батарей с магниевым анодом. Поверхность металлического магния при воздействии обычных электролитов подвергается коррозии. Для решения поверхностных проблем магния были исследованы новые классы электролитов. Однако, эти электролиты, как правило, являются коррозийными и могут проявлять значительную летучесть. Таким образом, желательно использовать альтернативный анод металлическому магнию, который может позволить использовать менее агрессивные электролиты. В данном проекте в качестве исходного материала для альтернативных анодных активных материалов предложен наноструктурированный оксид титана, так как он легко адсорбирует магний на поверхности и обладает весьма высокой поверхностной площадью. Для магниевых аккумуляторов такой вид анодного материала еще мало изучен. Для выполнения данной работы планируется применение следующих электрохимических способов исследования и оптических методов анализа: линейная и циклическая вольтамперометрия, импедансная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия, ИК-спектроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия и рентгено-дифракционный анализ.

Цель: синтез интеркалирующего анода для магний-ионных батарей, обеспечивающего сохранность и высокие удельные характеристики.

Ожидаемые результаты:

1.     Будет оптимизирован состав анодного материала для магний-ионного аккумулятора, обеспечивающих повышенную коррозионную стойкость и высокие разрядные характеристики.

2.     Будет проведен синтез композиционного анодного материала для увеличения удельной емкости батареи и улучшения его электрохимических характеристик.

3.     Будет проведено модифицирование анодного материала за счет интеркаляции ионов магния для изучения его диффузионных свойств в матрице.

4.     Будут установлены закономерности процессов интеркаляции и деинтеркаляции магния и исследовано влияния магния на кристаллическую структуру, фазовый состав и морфологию модифицированного анодного материала.

5.     Будут проведены электрохимические исследования для определения оптимальных энергетических характеристик интеркалированного ионами магния анода (емкость, заряд/разрядные свойства, производительность и циклические характеристики).

Н а у ч н ы е 
л а б о р а т о р и и 
Контакты