Разработка инновационного водного электролита для высокоэнергетических металл-ионных батарей

Актуальность проекта: Проблема оптимизации свойств электролитов электрохимических преобразователей чрезвычайно важна и актуальна, но массовый интерес к ней весьма непостоянен и связан с появлением революционных идей, решений и направлений, требующих от электролитов новых показателей. В настоящее время работы с электролитами переживают новый бум, связанный с возвратом интереса к водным электролитам. Использование электролитов на водной основе для относительно высокоэнергетических систем обозначилось не столь давно и было вызвано прежде всего разработками суперконденсаторов, где водные растворы обеспечивают лучшие емкостные и кинетические характеристики. Кроме этого, в высокоэнергетичных электрохимических накопителях водные электролиты решают проблемы безопасности, электропроводности и растворимости.

Цель проекта: управление физико-химическим равновесием в растворах электролитов и дизайном неравновесных процессов на границе раздела для расширения окна потенциалов электрохимической устойчивости с целью оптимизации режимов эксплуатации металл-ионных батарей.

Задачи проекта

1. Разработка среднеконцентрированного водного электролита с самоорганизующейся на поверхности электрода гидрофобной структурой.

2. Разработка инновационного метода формирования пленок SEI, обладающих гидрофобными свойствами, на поверхности анода.

3. Регулирования окна стабильности электролита при использовании хаотропного эффекта ионов и нейтральных молекул. Изучение процесса дегидратации в двойном слое будет проводиться методом электрохимической наногравиметрии EQCM-D.

4. Создание прототипа аккумулятора с разработанным (улучшенным) электролитом и поверхностно модифицированным анодом. Испытание на стабильность разработанного электролита с помощью гальваностатического и ЦВА режимов. Определение износостойкости полученных поверхностных пленок (SEI).

Основные члены проекта:

Курбатов Андрей Петрович, руководитель проекта, доктор химических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ЦФХМА, КазНУ им. аль-Фараби

Нетанель Шпигель, PhD, Бар Илан Университет, химический факультет, руководитель группы.

Галеева Алина Кулбаевна, PhD, СНС ЦФХМА, к.х.н. декан факультета химии и химической технологии, КазНУ им. аль-Фараби

Кохметова Сауле Талгатовна,  научный сотрудник ЦФХМА, КазНУ им. аль-Фараби

Киятова Маржан Куанышбаевна, младший научный сотрудник ЦФХМА, КазНУ им. аль-Фараби

Кауыпбай Олжас Шыңғысұлы, младший научный сотрудник ЦФХМА, докторант 1-го курса факультета химии и химической технологии, КазНУ им. аль-Фараби

Рябичева Маргарита Александровна, младший научный сотрудник ЦФХМА, докторант 1-го курса

Кан Татьяна Викторовна, младший научный сотрудник ЦФХМА, магистрант 1-го курса факультета химии и химической технологии, КазНУ им. аль-Фараби

Используемые методы:

– Определение активности воды будет проведено при помощи прибора для определения парциального давления паров воды. Такой прибор будет приобретен для этого специально (AQUALAB 4 TDL Tunable Diode Laser Water Activity Meter).

- Параллельно для каждого раствора будет производиться измерение электропроводности и вязкости для оценки ионной ассоциации с использованием параметра Вальдена - Писаржевского (исправленная электропроводность, как характеристика количества заряженных частиц). Для этих целей будет приобретён Вискозиметр SV-10A. 

Ожидаемые результаты проекта

Главный ожидаемый результат проекта заключаются в усовершенствовании водного электролита для литий- и натрий- ионного аккумулятора с расширенным окном электрохимической устойчивости. Основной упор в разработке будет сделан на натрий- ионную систему, поскольку для нее в большей степени привлекательно получение еще более дешевого и безопасного аккумулятора прежде всего для альтернативной энергетики, где требуются большие накопители и важна безопасность. Предлагаемое усовершенствование  основано на использовании самоорганизующихся гидрофобных слоев на поверхности электрода. 

Достигнутые результаты за 2022 год:

– Был оптимизирован состав композита и способ получения поверхностных пленок гидрофобной SEI, для расширения электрохимического окна стабильности.

– Был оптимизирован состав и метод приготовления композиции для получения гидрофобной SEI.

– Был отработан оптимальный состав, способ нанесения и подготовки к восстановлению защитного слоя

– Был разработан метод получения гидрофобной SEI с защитными свойствами в водном электролите.

Информация для потенциальных пользователей:

Предлагаемые в проекте концепции усовершенствования водных электролитов найдут применение в разработке энергоемких, экологичных и дешевых металл-ионных батарей. В сравнении с традиционными органическими электролитами использование в накопителях энергии среднеконцентрированных водных электролитов экономически более целесообразно.

E-mail – kurbatovap@gmail.com

Тел:  +77772517152