Роль поверхностных электропроводящих покрытий катодных материалов натрий-ионных аккумуляторов в процессах переноса заряда

Проект МОН РК 2021-2022

Актуальность проекта:

Ранее при выполнении исследований по созданию катодных материалов для литий-ионных (ЛИА) и натрий-ионных аккумуляторов (НИА) мы неоднократно сталкивались с проблемой нанесения проводящего слоя и чаще всего следовали методике, разработанной теми или иными исследователями. При этом ключевой вопрос теории переноса заряда в таких материалах оставался открытым. И если для ЛИА этот вопрос относительно изучен с теоретической точки зрения, то для НИА фактически проводится только экспериментальное копирование методов нанесения проводящих слоев, разработанных для ЛИА. В данном проекте предполагается исследовать влияние электропроводящих покрытий катодного материала натрий-ионного аккумулятора на его кинетические и емкостные показатели, а также выявить механизм переноса заряда в катодном композите.

Цель проекта: выявление механизма переноса заряда при интеркаляции/деинтеркаляции натрия в катодных материалах, модифицированных путем нанесения электропроводящих поверхностных покрытий на частицы исходного вещества, и определение влияния природы электропроводящих добавок на характеристики катодных композитов натрий-ионных аккумуляторов.

Ожидаемые результаты:

- Будут получены новые катодные композиты на основе NaFe(SO₄)₂ и проводящих добавок (MoS₂ и графит) и разработана методика их получения.

- Будет предложен механизм переноса заряда в катодных композитах на базе полиоксоанионных соединений и электронопроводящих добавок.

- Будет подана статья в рецензируемое научное издание по научному направлению проекта, входящее в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартиль в базе Web of Science и (или) имеющее процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти).

Достигнутые результаты:

- Получен новый катодный композит на основе NaFe(SO₄)₂ и проводящей добавки (MoS₂) и разработана методика его получения.

- Предложен механизм процесса интеркаляции в катодных композитах на базе полиоксоанионных соединений и электронопроводящих добавок.

- Разработана одночастичная математическая модель в программном обеспечении COMSOL Multiphysics для описания процесса переноса заряда при интеркаляции в системах с промежуточным покрытием катодного материала электропроводящей добавкой и прямом контакте углеродной частицы и катодного материала.

- Расчетными методами обнаружен экстремальный ход зависимости концентрации интеркалята от толщины покрытия, что является подтверждением предложенного выше механизма переноса заряда.

- Проведено исследование поведения модели при различных параметрах проведения процесса: потенциостатический, гальваностатический, различные плотности тока, различные значения проводимости промежуточной фазы.

Команда проекта:

1) Руководитель проекта – к.х.н., ассоц.проф. Галеева А.К.;

ResearchID ORCID

2) Магистрант Жигалёнок Я.С.;

3) Бакалавр Рубанова А.А.

Публикация:

Yaroslav Zhigalenok, Saule Kokhmetova, Fyodor Malchik, Alena Rubanova, Alina Galeyeva, Andrey Kurbatov. Simulation of Intercalation Processes in Poorly Conductive Materials, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 2022, (accepted) https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2162-8777/ac844d/meta, IF – 2.07, Q3

Информация для потенциальных пользователей:

В данном проекте предполагается исследовать влияние электропроводящих покрытий катодного материала натрий-ионного аккумулятора на его кинетические и емкостные показатели, а также выявить механизм переноса заряда в катодном композите.