Центр физико-химических методов исследования и анализа
Казахский
национальный университет
имени аль-Фараби
Лаборатория технологий электрохимических производств

Лаборатория технологий электрохимических производств

В лаборатории проводятся научные исследования по следующим направлениям:

- исследование и моделирование процессов переноса заряда и вызываемых ими изменений в морфологически неоднородных коррозионных пленках на металлическом литии;

- нуклеация и кристаллизация в процессах электрохимического выделения лития в неводных средах;

- разработка натриевых аккумуляторов для крупногабаритных накопителей энергии в возобновляемой энергетике Казахстана;

- установление механизма влияния модифицирующих покрытий активного материала катодов натрий-ионных аккумуляторов на кинетику интеркаляции;

- разработка гибридных электродов на основе MXene и интеркаляционных материалов для сверхбыстрых накопителей энергии на основе водных электролитов;

- синтез и исследование композита на основе металлорганического соединения (MOF) для его применения в качестве анодного материала в натрий-ионных аккумуляторах.



   

Курбатов Андрей Петрович, д.х.н., профессор – главный научный сотрудник, заведующий лабораторией. В 2010 году защитил докторскую диссертацию «Электрохимические процессы на литии в химических источниках тока» по специальности «02.00.05 - Электрохимия. Курбатов А.П. был удостоен юбилейной медали «25 лет ИПГ», награжден Почетной грамотой Министерства образования и науки Республики Казахстан. С 2010 г. является членом Международного электрохимического общества (International Society of Electrochemistry). Обладатель звания «Лучший  преподаватель вуза 2018 года». Награжден медалью «За трудовые заслуги». За последние 5 лет имеет более 20 публикаций, из которых 4 в журналах первого квартиля (WoS), h-индекс = 5. Область научных интересов: технология электрохимических производств, теоретическая электрохимия, электрохимические преобразователи энергии, коррозия активных металлов.

Ссылки на профиль: ResearchID     GoogleScholar     ORCID     M-6232-2019 (publons)

Галеева Алина Кулбаевна, PhD, к.х.н., ассоциированный профессор – старший научный сотрудник. Имеет более 65 публикаций. Обладатель звания «Лучший преподаватель вуза 2020 года». h-индекс = 4. Область научных интересов: электрохимия, электрохимические преобразователи энергии, коррозия активных металлов, гальваническое производство, синтез материалов на основе металл-органических каркасов.

Ссылки на профиль: ResearchID     ORCID

Мальчик Федор Игоревич, PhD – старший научный сотрудник. В 2017 году защитил PhD диссертацию «Изучение кинетических характеристик процессов жидкофазного окисления и восстановления LiFePO4» в Казахском национальном университете им. аль-Фараби. Успешно прошел постдокторантуру в Университете Бар-Илана под руководством всемирно известного профессора, Дорона Орбаха (Doron Aurbach). h-индекс = 2. Имеет 10 публикаций, среди которых 5 в журналах первого квартиля (WoS). Область научных интересов: электрохимические источники тока, водные, неводные электролиты для метал-ионных аккумуляторов, синтез интеркаляционных материалов, электрохимический синтез неорганических веществ, аналитическая химия.

Ссылки на профиль: ResearchID      Google Scholar     ORCID     ResearchGate


Трусов Иван Александрович, PhD – старший научный сотрудник. В 2019 году защитил PhD диссертацию «Investigation of structure and properties of Li/Na ion conducting electrolytes and electrode materials» в Университете Бирмингема под руководством выдающегося профессора Питера Слэйтера (Peter Slater). За последние 5 лет опубликовано 6 статей, из которых 3 в журналах первого квартиля (WoS). h-индекс = 3. Область научных интересов: кристаллография, синтез интеркаляционных материалов, электрохимические источники тока.

Ссылки на профиль: ResearchID ORCID


Лепихин Максим Сергеевич, PhD – старший научный сотрудник. В 2016 году защитил диссертацию «Интеркаляционные процессы на электродах литий-ионных аккумуляторов» в Казахском национальном университете им. аль-Фараби. Автор более 30 работ, 2 авторских свидетельств и патентов, среди которых 1 в журнале первого квартиля. h-индекс = 1. Область научных интересов: аналитическая химия, полимерные материалы, композиты, электрохимия, электрохимические преобразователи энергии, коррозия активных металлов.

Ссылка на профиль: ResearchID

     

Кохметова Сауле Талгатовна, магистр естественных наук (химия), кандидат в PhD – младший научный сотрудник. Выполняет работу по PhD диссертации на тему «Новые катодные материалы для натрий-ионных аккумуляторов». Автор более 10 публикаций. Область научных интересов: электрохимические преобразователи энергии, синтез интеркаляционных материалов, кинетика процессов заряда/разряда, натрий-ионные аккумуляторы, микрокапсулирование, полимерные материалы.

Ссылки на профиль: ResearchID     ORCID


Кан Татьяна Викторовна – младший научный сотрудник. Область научных интересов: аналитическая химия, синтез интеркаляционных материалов, синтез материалов семейства Mxene и металл-органических каркасов.

Ссылка на профиль: ORCID


Высоцкая Александра Вячеславовна, магистр – младший научный сотрудник. В 2015 году защитила магистерскую диссертацию на тему «Подбор эффективных сорбентов для защиты окружающей среды от жидких радиоактивных отходов» в Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева. Автор 5 работ. Область научных интересов: электрохимия, электрохимические преобразователи энергии, гальваническое производство, синтез интеркаляционных материалов, аналитическая химия, сорбция.


Малдыбаев Кайыргали Муратулы, магистр – младший научный сотрудник. В 2015 году защитил магистерскую диссертацию на тему «Получение битума путем окисления органической части нефтебитумной породы» в Казахском национальном педагогическом университете им. Абая. Область научных интересов: электрохимические преобразователи энергии, синтез интеркаляционных материалов, синтез интеркаляционных материалов, синтез материалов семейства Mxene, кинетика электродных процессов, перенос заряда.


Жигаленок Ярослав Святославович – магистрант 1-ого курса факультета химии и химической технологии Казахского национального университета им. аль-Фараби, инженер-исследователь. В 2020 году защитил диплом по теме коррозии металлических литиевых анодов для литий-ионных аккумуляторов. Имеет 2 статьи в журналах, рекомендованных КОКСОН. Постоянный участник и частный призер олимпиад, проводимых химическим факультетом КазНУ. Область научных интересов: кинетика электродных процессов, перенос заряда, коррозия активных металлов, электрохимические преобразователи энергии, синтез интеркаляционных материалов на основе металл-органических каркасов, определение воды в органических средах методом потенциометрического титрования Карла-Фишера.


Рябичева Маргарита Александровна – магистрант 1-ого курса факультета химии и химической технологии Казахского национального университета им. аль-Фараби, инженер-исследователь. В 2020 году защитила диплом по теме «Оптимизация методики определения полициклических ароматических углеводородов в почве на основе вакуумной твердофазной микроэкстракции и газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием». Область научных интересов: кинетика электродных процессов, перенос заряда, коррозия активных металлов, электрохимические преобразователи энергии.

 

Қауыпбай Олжас Шыңғысұлы – магистрант 1-ого курса факультета химии и химической технологии Казахского национального университета им. аль-Фараби, инженер-исследователь. В 2020 году защитил диплом по теме катодных материалов на основе солей берлинской лазури (гексацианометаллатов). Область научных интересов: электрохимические преобразователи энергии, синтез интеркаляционных материалов на основе гексацианометаллатов переходных металлов.


Рубанова Алёна Анатольевна – бакалавр 4-го курса факультета химии и химической технологии  Казахского национального университета им. аль-Фараби. Обладатель I-го места Республиканской олимпиады по специальности «Химическая технология неорганических веществ», обладатель II-го места олимпиады «Химик-исследователь», а также победитель конкурса Бизнес-инкубатор КазНУ (I-е место). Область научных интересов: синтез интеркаляционных материалов на основе металл-органических каркасов.


Шиянова Радмира Андреевна – бакалавр 4-го курса факультета химии и химической технологии  Казахского национального университета им. аль-Фараби. Обладатель I-го места Республиканской олимпиады по специальности «Химическая технология неорганических веществ», обладатель II-го места олимпиады «Химик-исследователь», а также победитель конкурса Бизнес-инкубатор КазНУ (I-е место). Область научных интересов: синтез интеркаляционных материалов на основе металл-органических каркасов.

 

 

 

Лаборатория технологий электрохимических производств Центра физико-химических методов исследования и анализа формально существует с 1996 года, однако многие ее научные разработки получили свое развитие еще на кафедрах физической и аналитической химии Казахского государственного университета. Ее бессменным заведующим и научным руководителем всех проводимых исследований является д.х.н., профессор Курбатов А.П.

Традиционно в лаборатории технологий электрохимических производств проводились работы в области гальванотехники, направленные на усовершенствование технологий получения покрытий для ювелирной промышленности: никелирование, меднение, хромирование, золочение и серебрение. Интересные разработки были сделаны в области получения гальванокопий при формировании первичных покрытий на неметаллических изделиях, из которых изготавливалось копия, также разрабатывались новые электролиты для увеличения скорости роста покрытия. Здесь же были разработаны новые варианты технологий металлизации пластмасс, оксидирования медных, алюминиевых, никелевых и латунных изделий для декоративных целей (Моисеевич О.Ю., Галеева А.К., Шолакова А.Н.). Все эти работы, как правило, выполнялись по соответствующим договорам с заинтересованными предприятиями, занимающимися производством ювелирной продукции.
Значительный период научной деятельности лаборатории был посвящен вопросам металлизации полиимидных пленок для печатных плат, космических зеркал и антенн, также разрабатывались технологии получения металлизированных микрокапсул и самозаживляющихся покрытий (Моисеевич О.Ю., Галеева А.К., Мельситова И.Б., Николаева Е.С.). Эти работы проводились по гранту МНТЦ и двум грантам НАТО в сотрудничестве с учеными из Марсельского Университета, Техасского Университета, Московского педагогического Университета и Технического университета г. Монпелье. Работы по получению самозаживляющихся покрытий продолжаются по сей день в рамках гранта по проекту МОН РК «Коммерциализация технологий» при поддержке Всемирного банка.
Интересным как в практическом, так и в фундаментальном аспекте являются работы по формированию наноструктур и фрактальных структур при помощи электрохимических методов осаждения металлов (целевые гранты МОН РК). Так, на примере никеля и меди была показана возможность формирования многоуровневых фрактальных структур для использования их в качестве матрицы различного рода электродов, в частности, для электродов электрохимических преобразователей энергии (Камысбаев Д.Х., Мельситова И.Б.).
В вопросах гидроэлектрометаллургии лаборатория занималась, в основном, разработкой способов получения металлических порошков никеля, меди и цинка. Были усовершенствованы составы электролитов с использованием добавок поверхностно-активных веществ и отработаны режимы электролиза для получения высокодисперсных порошков (Кобжанов А.С., Кушнарев М.С.). В качестве достижения необходимо отметить не только технологию получения порошков меди и никеля размером в несколько микрон, но и разработку модели формирования осадка.
Значимой работой в области электрогидрометаллургии является также работа, посвященная электрохимической генерации окислителей в растворах серной кислоты, используемых для процесса подземного выщелачивания урана. Такая проблема была поставлена АО НАК «КазАтомПром». Отработаны режимы получения растворов надсерной кислоты в проточном электролизере, оптимизированы концентрационные и электрохимические параметры процесса (Мальчик Ф., Калугина С.М.).
Наибольшую долю работ, проводимых в лаборатории, составляют работы, посвященные химическим источникам тока. Прежде всего, это литиевые первичные источники тока и литий-ионные аккумуляторы. Традиционно значительная часть работ посвящена изучению процессов, происходящих на литиевом электроде, а именно - коррозии и свойствам поверхностных пленок, образующихся на поверхности лития. Разработаны и предложены модели формирования этих пленок и переноса через них заряда, что позволяет предсказывать поведение системы при длительном хранении (Галеева А.К.).
В области литий-ионных аккумуляторов проводимые работы посвящены всем трем основным составным частям аккумулятора - катодному материалу, анодному материалу и твердому электролиту. Разработаны два новых метода синтеза модифицированного железофосфата, при помощи которых получается материал, имеющий требуемую кристаллическую структуру и высокие разрядные характеристики (Трусов И., Турганулы Р., Сивохин В.). Синтезированы новые твердые полимерные электролиты, которые представляют собой композиты с проводимостью 5х10-3 Ом-1 . см-1 (Николаева Е.С.). Разработка материалов для литий-ионных аккумуляторов проводятся в рамках грантов МОН РК и по заказу АО НАК «КазАтомПром». В области исследования анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов проводится изучение процессов интеркаляции катионов лития в композиционные материалы на основе графита (Лепихин М.С.) и фундаментальных закономерностей самого процесса интеркаляции, причем не только с экспериментальной точки зрения, но и с привлечением квантово-химических расчетов.
По заказу Талдыкорганского завода свинцовых аккумуляторов в лаборатории разрабатывался ингибитор коррозии для сухозаряженного свинцового аккумулятора, который позволяет заменять дефицитный и дорогой ингибитор – α-оксинафтойную кислоту на этом заводе. Кроме этого, изучались также возможности повышения устойчивости решеток свинцовых аккумуляторов путем введения в электролит соответствующих добавок, участвующих в электрохимическом процессе (Кобжанов А.С., Садырбакиев Р.)
Начаты также работы по изучению процессов, разработке электродов и отработки технологий их формирования для топливных элементов. Прежде всего, это газодиффузионные электроды и каталитические добавки для восстановления кислорода на них.
Проводится отработка процесса определения окислителей в реакциях или при производстве, когда концентрация этого окислителя постоянно меняется. Такая проблема родилась в рамках гранта МОН РК и задач АО НАК «КазАтомПром» по синтезу окислителя в растворах серной кислоты в проточном электролизере и развилась в более широкое направление аналитического определения окислителей не только на основе перекисных соединений, но и на основе хлора, гипохлорита, хлората и т.д. (Калугина С.М., Мальчик Ф.). Еще одна подобная работа выполняется по договорам с Центром противоинфекционных препаратов (г.Алматы) по изучению реакций, происходящих в лекарственных препаратах на основе йода (Калугина С.М., Галеева А.К.).
Еще одной традиционной темой, которой занимается лаборатория технологии электрохимических производств, является разработка новых электродов для проведения электрохимических процессов. В этом направлении наиболее значимым и актуальным для Казахстана результатом является разработка модифицированного метода получения окисно-рутениевых электродов с добавками новых компонентов, позволяющих продлить срок службы этого электрода (Лепихин МС, Давыдченко Д.). Эта работа выполнялась в соответствии с потребностью ГКП «Горводоканал» города Алматы.

Проект МОН РК 2018-2020 «Исследование природы неудовлетворительной циклируемости металлических литиевых анодов аккумуляторов» (ИРН AP05132488)

Актуальность: Проект направлен на развитие фундаментальных представлений о процессах переноса заряда в коррозионных плёнках на литии с целью увеличения эффективности его циклирования и нахождения путей борьбы с образованием дендритов в катодном процессе.

Цель проекта: Выявление влияния неоднородности коррозионной пленки и других ее свойств на процессы переноса заряда через нее и формирование дендритов лития при циклировании.

Достигнутые результаты:

1. Предложена теоретическая модель для описания коррозионного процесса, основанная на предположении, что вся свободная энергия химической реакции в коррозионном процессе тратится на перенос реагента.

2. Полученные в работе результаты имеют фундаментальный характер и могут быть использованы в процессе практических разработок литиевых высокоэнергетических систем. В частности, при создании литий-ионных аккумуляторов с металлическим литием анода.

3. Предложенные в результате выполнения работы интерпретации закономерности переноса заряда и диффузионных процессов при формировании коррозионных пленок, а также количественная модель коррозионного процесса носят глубоко фундаментальный характер и не имеют аналогов.

Команда проекта:

1) Руководитель проекта - д.х.н., профессор Курбатов А.П.; ResearchID GoogleScholar ORCID M-6232-2019

2) PhD Лепихин М.С.; ResearchID

3) PhD, к.х.н. Галеева А.К.; ResearchID ORCID

4) Магистр Кохметова С.Т.; ResearchID ORCID

5) Кан Т.В.; ORCID

6) Жигаленок Я.С.

Cписок публикаций:

1) Ainaz K. Abildina 1, Akmaral M. Argimbayeva 1, Andrey Kurbatov Study of Polarization Characteristics of Corrosion Films on Magnesium in  Sulfate-Containing Electrolytes // Appl. Sci. 2020, 10, 1406; doi:10.3390/app10041406.

2) К 93 Коррозионные процессы на литии: моногрaфия / А.П. Курбатов. – Алмaты: Қaзaқ университеті, 2020. – 180 стр. ISBN 978-601-04-4445-4

3) Жигаленок Я.С. Аметов А.А. Кохметова С.Т., Галеева А.К. Исследование переноса заряда в литиевых коррозионных пленках, образованных в растворах LiClO4 в смеси ПК/ДМЭ // Химический журнал Казахстана 2020. – Т2. – С.161-169

Информация для потенциальных пользователей:

Применение полученных научных результатов предполагается в сфере производства литий-ионных аккумуляторов, а целевым потребителем могут выступать компании, заинтересованные в получении электрической энергии из возобновляемых ресурсов.

 

Проект МОН РК 2018-2020 «Новые интеркаляционные материалы для натрий-ионных батарей» (ИРН AP05131849)

Актуальность. Бурное развитие рынка литий-ионных аккумуляторов, ограниченность запасов лития и его дороговизна ставит задачу замены его, особенно в крупногабаритных аккумуляторах на натрий.

Цель проекта: синтез и испытания новых электродных материалов для натрий ионных аккумуляторов.

Достигнутые результаты:

- Были синтезированы материалы с катионным замещением K(2-x)NaxMn2(SO4)3 (х = 0; 0,5; 1,0; 1,3; 1,4) структуры лангбейнита. Было установлено, что структура лангбейнита сохраняется при х ≤ 0, при дальнейшем замещении катиона калия на натрий происходит появления примесных фаз. Электрохимическое замещение катиона калия на катионы натрия в материале K2Mn2(SO4)3, также, как и интеркаляция-деинтеркаляция натрия в замещенных образцах не происходит.

- Были синтезированы материалы с анионным замещением NaFe(SO4)1,5(A)0,5, где A – SO4, SeO4, HPO4, PO3F. Методом рентгенофазового анализа показана идентичность кристаллической структуры всех четырех видов образцов вне зависимости от замещающего аниона. Дополнительные исследования нейтронографии подтверждают успешное включение допантов. Разрядные емкости материалов NaFe(SO4)1,5(A)0,5, где A – SO4, SeO4, HPO4, PO3F, составили 63, 45, 39, 39 мАч/г, соответственно, при токе 0,1С на первом цикле. Были определены кинетические параметры процессов интеркаляции-деинтеркаляции.

- Был определен оптимальный способ нанесения электропроводящего слоя на поверхность синтезированных катодных материалов. Было изучено влияние природы электропроводящих добавок на кинетические и емкостные показатели катодного материала NaFe(SO4)2 для натрий-ионного аккумулятора.

- Были изготовлены макеты аккумуляторов «pouch cell» из катодных материалов NaFe(SO4)2 и NaFe(SO4)1,5(PO3F)0,5 с практической емкостью 60 и 40 мАч/г при токе 0,1С.

Команда проекта:

1. Руководитель проекта - д.х.н., профессор Курбатов А.П.; ResearchID GoogleScholar ORCID M-6232-2019 (publons)

2. Ответственный исполнитель – магистр Кохметова С.Т.; ResearchID ORCID

3. PhD Мальчик Ф.И.; ResearchID Google Scholar    ORCID     ResearchGate

4. PhD Трусов И.А.; ResearchID ORCID

5. Магистр Высоцкая А.В.;

6. Кан Т.В.; ORCID

7. Нұрахмет Е.

Cписок публикаций:

1. Ivan A Trussov, Saule T Kokhmetova; Laura L Driscoll, Ronald Smith, Frank J Berry, José F Marco, Alina K Galeyeva, Andrey P Kurbatov, Peter R Slater. Synthesis, structure and electrochemical performance of Eldfellite, NaFe(SO4)2, doped with SeO4, HPO4 and PO3F //  Journal of Solid State Chemistry 289 (2020) 121395 doi.org/10.1016/j.jssc.2020.121395.

2. А.А. Шепетов, Я.С. Жигаленок, С.Т. Кохметова, А.К. Галеева, А.П. Курбатов Разработка катодного материала со структурой лангбейнита для натрий-ионных аккумуляторов // Химический журнал Казахстана 2020. – Т 2. – С.240-247.

Информация для потенциальных пользователей:

Потребителями полученных результатов являются все исследователи, занимающиеся проблемой высокоэнергетических источников тока.

Проект МОН РК 2020-2022 «Натриевые аккумуляторы для крупногабаритных накопителей энергии в возобновляемой энергетике Казахстана» (ИРН AP08856725)

Актуальность проекта: Суть проекта заключается в разработке материалов для основных частей натриевого аккумулятора на основе водного электролита (катод, анод, токоотводы, электролит) и создании на их основе нового натриевого аккумулятора c длительным сроком службы для крупногабаритных накопителей энергии.

Цель проекта:Разработка и изготовление оптимизированного прототипа натриевого аккумулятора на основе водного электролита для крупногабаритных накопителей энергии. В процессе реализации проекта планируется синтез, оптимизация, модификация и тестирование катодных и анодных материалов, подбор электролита с широким окном стабильности, подбор токоотводов.

Ожидаемые результаты:
В конце проекта ожидается представить натриевый аккумулятор на основе водного электролита (лабораторный прототип) с практической загрузкой активных компонентов. Ожидаемая циклическая стабильность батареи составит не менее 1000 циклов со снижением емкости не менее 80%. Предполагается, что созданный прототип батареи будет использован для крупногабаритных систем накопления энергии.

Достигнутые результаты:

За 2020 год были выполнены следующие работы:

1) Проведены измерения вязкости, плотности и электропроводности растворов перхлората натрия в воде в широкой области концентраций до насыщенного раствора; показана экстремальная зависимость электропроводности от концентрации перхлората натрия и монотонное возрастание динамической вязкости с ростом концентрации. Проведены расчеты параметров переноса в растворах разной концентрации.

2) Установлено влияние концентрации перхлората натрия на ширину окна потенциалов электрохимической стабильности, показано существенное его увеличение в области, близкой к насыщению.

3) Произведен выбор добавок из группы поверхностно-активных веществ различной природы.

Команда проекта:

1)  Руководитель проекта PhD Мальчик Ф.И.; ResearchID Google Scholar    ORCID   ResearchGate

2) Ответственный исполнитель – магистр Кохметова С.Т.; ResearchID ORCID

3) Профессор, д.х.н. Курбатов А.П.; ResearchID GoogleScholar ORCID M-6232-2019

4) PhD Netanel Shpigel; ResearchID GoogleScholar ResearchGate

5) PhD Трусов И.А.; ResearchID ORCID

6) Кан Т.В.; ORCID

7) магистр Высоцкая А.В.;

8) магистрант Қауыпбай О.Ш.

Информация для потенциальных пользователей: Научные результаты могут быть использованы в области производства батарей, особенно в области натриевых аккумуляторов на основе водных электролитов, которые значительно дешевле по сравнению с литий-ионными батареями. Разработанный прототип призван стать батареей для крупномасштабной станции накопления энергии, являющейся неотъемлемой частью систем переработки возобновляемых ресурсов, таких как солнечная энергия, энергия ветров, приливов, геотермальная энергия и т.д.

Проект МОН РК 2021-2023 «Гибридные электроды на основе MXene и интеркаляционного материала для сверхбыстрых накопителей энергии на основе водных электролитов» (ИРН AP09058354)

Актуальность проекта: Суть проекта заключается в создании гибридных электродов для аккумуляторов, которые обладают как емкостным, так и интеркаляционным механизмом накопления заряда, а также в исследовании фундаментальных основ работы этих электродов для оптимизации удельной мощности и плотности энергии устройства. Этот тип гибридного электрода предназначен для использования в сверхбыстрых устройствах накопления энергии. Исследования планируется проводить в Лаборатории технологии электрохимических производств Центра физико-химических методов исследования и анализа под руководством PhD Мальчика Федора Игоревича, который специализируется в области материалов для аккумулирования энергии, особенно на водной основе для Li и Na аккумуляторов.

Цель проекта: Разработка и исследование фундаментальных основ функционирования гибридных электродов на основе материала MXene с высокой удельной двойнослойной емкостной составляющей (конденсаторный материал) и добавленным быстрым фарадеевским превращением (интеркаляционный материал для батарей).

Ожидаемые результаты:
Ожидаемые результаты проекта заключаются в получении гибридного электрода, состоящего из интеркаляционного (Red/Ox) материала и материала с нефарадеевским типом накопления заряда, и в понимании влияния обоих отдельных механизмов и их синергии на удельную энергетическую плотность и мощность гибридного электрода (гибридного устройства). Полученные результаты моделирования нового гибридного электрода, состоящего из конденсаторного материала MXene и Red/Ox материала, позволят глубже понять механизм накопления заряда в гибридной системе.

Полученный оптимизированный гибридный электрод также имеет потенциал для практического применения в сверхбыстрых накопителях энергии, работающих на основе водных электролитов. Благодаря прогнозируемой высокой энергии и удельной мощности гибридного электрода его можно легко комбинировать с некоторыми типами противоэлектродов для получения гибридного устройства.

Команда проекта:

1) Руководитель проекта – PhD Мальчик Ф.И.; ResearchID Google Scholar   ORCID ResearchGate

2) Магистр Кохметова С.Т.; ResearchID ORCID

3) Магистр Высоцкая А.В.;

4) Магистрант Қауыпбай О.Ш.;

5) Магистрант Жигаленок Я.С.

Информация для потенциальных пользователей:

Достигнутые научные результаты могут быть использованы в области производства батарей, особенно в области натриевых аккумуляторов на основе водных электролитов, которые значительно дешевле по сравнению с литий-ионными батареями.

Проект МОН РК 2021-2023 «Установление механизма влияния модифицирующих покрытий активного материала катодов натрий-ионных аккумуляторов на кинетику интеркаляции» (ИРН AP09260371)

Актуальность проекта: Основная масса используемых и разрабатываемых катодных материалов в металл-ионных аккумуляторах представляет собой плохо проводящую фазу, что препятствует перемещению зарядов в электрохимическом процессе. Это приводит к низким показателям мощности и к уменьшению эффективности циклирования. Для нивелирования этого эффекта широко применяется покрытие частиц электроактивного материала слоем электронного проводника, обеспечивающего доставку заряда к любой точке поверхности. Этого не всегда достаточно для решения проблемы, поскольку электрохимическое превращение при интеркаляции требует также переноса катиона и транспорта зарядов внутри фазы. В связи с этим детальное рассмотрение природы процессов при интеркаляции в плохо проводящие материалы является совершенно необходимым для повышения эффективности исследований электродных материалов.

Цель проекта: Выявление влияния свойств модифицирующего поверхностного покрытия плохопроводящих частиц катодного активного материала на процессы переноса заряда через него при обратимом интеркалировании фазы материала, а также разработка модели этого процесса и проведение его моделирования.

Ожидаемые результаты:
В конце проекта ожидается представить модель процесса интеркаляции-деинтеркаляции ионов натрия в плохопроводящие полисульфатные и полифосфатные катодные материалы для натрий-ионных батарей с участием электропроводящих покрытий. Ожидаемые результаты исследования позволят понять роль проводящих покрытий в процессах интеркаляции-деинтеркаляции натрия в катодных материалах, что в свою очередь даст возможность решить проблему плохой проводимости полианионных материалов и как следствие улучшение их емкостных показателей при высоких токах заряда-разряда. Разработка конкурентоспособных катодных материа

1) A.P. Kurbatov, F.I. Malchik, A.K. Galeyeva,  D.S. Davydchenko, A.K. Rakhimova, M.S. Lepikhin, D. Kh. Kamysbaev Chemical Oxidation of  LiFePO4 in Aqueous Medium as a Method for Studying of  Delithiation // Russian journal of Electrochemistry. – 2018. – Vol.54 - № 3. Р.259-268.

2) A. Galeyeva, A.P. Kurbatov, F. Malchik The components of the LiFePO4/C electrode polarization // Electrochemistry at Nano-interfaces: Faraday Discussion , 26 - 28 June 2018, Bath, United Kingdom. – 2018.- Р.46.

3) Girish D. Salian, Chrystelle Lebouin, A. Galeyeva, A.P. Kurbatov, Thierry Djenizian Electrodeposition of polymer electrolyte into porous LiNi0.5Mn1.5O4 for high performance all-solid-state microbatteries // Frontiers Chemistry Editorial. – 2019. – V.6. – P. 1-6 (IF=4,155 – Tomson Reuters, Scopus).

4) Е.К. Тусеева, Т.Л. Кулова, А.М. Скундин, А.К. Галеева, А.П. Курбатов. Влияние температуры на поведение электродов из феррофосфата лития // Электрохимия, 2019. – Т.55. -№ 2. – С.329-334.

5). V.V. Pavlenko, Q. Abbas, P. Przygocki, T. Kon’kova, Zh. Sapiyeva, N. Abeykoon, N. Prikhodko, M. Bijsenbayev, A. Kurbatov, Z.A. Mansurov. Temperature Dependent Characteristics of Activated Carbons from Walnut Sheils for Improved Supercapacitor Performance // Eurasian Chemico-Technological Journal 2018 г., V.20, P. 99 – 105.

6) Е.К. Тусеева, Т.Л.Кулова, А.М. Скундин, А.К. Галеева, А.П. Курбатов Влияние толщины активного слоя  на характеристики  электродов из феррофосфата лития //Электрохимия 2019. – Т.55. -№ 2. – С.335-340.

7) V.A.Sugiavati, F. Vacandio, C.Perrin-Pellegrino, A. Galeyeva, A. P. Kurbatov, Thierry Djenizian3 Sputtered Porous Li-Fe-P-O Film Cathodes Prepared  by Radio Frequency Sputtering for Li-ion Microbatteries //Scientific reports 2019. – P.1-12

8) Ivan A Trussov, Saule T Kokhmetova; Laura L Driscoll, Ronald Smith, Frank J Berry, José F Marco, Alina K Galeyeva, Andrey P Kurbatov, Peter R Slater. Synthesis, structure and electrochemical performance of Eldfellite, NaFe(SO4)2, doped with SeO4, HPO4 and PO3F //  Journal of Solid State Chemistry 289 (2020) 121395 doi.org/10.1016/j.jssc.2020.121395.

9) А.А.Шепетов, Я.С.Жигаленок, С.Т. Кохметова, А.К.Галеева, А.П. Курбатов Разработка катодного материала со структурой лангбейнита для натрий-ионных аккумуляторов // Химический журнал Казахстана  2020. – Т 2. – С.240-247.

10) Fyodor Malchik, Netanel Shpigel, Mikhael D. Levi, Tirupathi Rao Penki, Bar Gavriel, Gil Bergman, Meital Turgeman, Doron Aurbach, Yury Gogotsi. MXene conductive binder for improving performance of sodium-ion anodes in water-in-salt electrolyte // Nano Energy (2020) doi: https://doi.org/10/1016/j.nanoen.2020.105433.

11) Ainaz K. Abildina 1, Akmaral M. Argimbayeva 1, Andrey Kurbatov    Study of Polarization Characteristics of Corrosion Films on Magnesium in  Sulfate-Containing Electrolytes // Appl. Sci. 2020, 10, 1406; doi:10.3390/app10041406.

12) К 93   Коррозионные процессы на литии: моногрaфия / А.П.  Курбатов. – Алмaты: Қaзaқ университеті, 2020. – 180 стр. ISBN 978-601-04-4445-4

13) Жигаленок Я.С., Аметов А.А., Кохметова С.Т., Галеева А.К. Исследование переноса заряда в литиевых коррозионных плёнках, образованных в растворах LiClO4 в смеси ПК/ДМЭ //Химический журнал Казахстана  2020. – Т 2. – С.161-169.


назад

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