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  GoogleScholar 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.