Будет проведено моделирование структур оксидов ванадия с покрытием и/или интеркаляцией проводящего полимера в межслоевое пространство и определена наиболее энергетически выгодная конфигурация. Также будут оценены параметры материалов, в том числе диффузия интеркалируемых ионов. Будет осуществлен синтез модельных образцов оксидов ванадия с покрытием и интеркаляцией проводящими полимерами и проведено подтверждение их структуры различными методами, а также оценены функциональные свойства. Финальным результатом проекта является получение катодного материала на основе оксида ванадия для цинк-ионного аккумулятора с характеристиками на уровне около 400 мАч/г и более при токе 0.1 А/г; стабильно функционирующего в течение 1000 циклов при токах 0.3 – 10 А/г.
По итогам реализации проекта будет определены наилучшие комбинации «оксид ванадия – полимер» с наиболее высокими эксплуатационными характеристиками с целью создания новых электродных материалов для безопасных и эффективных электрохимических источников тока (водных цинк-ионных аккумуляторов). Полученные данные могут быть использованы для получения новых экологически безопасных типов ХИТ, которые могут функционировать в различных климатических условиях.
В рамках реализации проекта планируется создание нового, эффективного и безопасного материала для положительного электрода (катода) цинк-ионных аккумуляторов. Синтезированы образцы, изучена их структура с помощью современных аналитических методов. Оценены ключевые функциональные свойства, включая способность материала к быстрой диффузии ионов.
Конечной задачей проекта является получение катодного материала на основе оксида ванадия для цинк-ионного аккумулятора, который будет обладать высокой удельной емкостью (около 400 мАч/г и более при токе 0.1 А/г) и стабильностью — он должен выдерживать не менее 1000 циклов зарядки-разрядки при высоких токах. В результате будут определены наилучшие сочетание «оксид ванадия – полимер» с самыми высокими эксплуатационными характеристиками. Это позволит создать новые электродные материалы для безопасных, эффективных и экологичных источников тока.
Получены композитные материалы на основе оксидов ванадия с помощью различных синтетических методик, охарактеризованы их физико-химические свойства и изучены электрохимические характеристики в цинк- и литий-ионных аккумуляторах. Лучшие удельные ёмкости среди материалов для ЦИА получены для композитного материала VxOy, допированного NH4+ и PEDOT: 403 мАч·г-1 при плотности тока 0.3 А·г-1 и 246 мАч·г-1 при 10 А·г-1.
В работе выполнен комплексный анализ перспектив катодных материалов на основе оксида ванадия для использования в водных цинк-ионных аккумуляторах. Разработана универсальная система многофакторной оценки, включающая три ключевых блока критериев: (i) прямые производственные затраты, (ii) электрохимические характеристики (циклическая стабильность, скорость заряда-разряда, удельная ёмкость) и (iii) экологические показатели (углеродный след). Для ряда катодных материалов проведен технико-экономический анализ, согласно которому стоимость накопленной энергии составляет 145–177 $/кВт·ч с потенциалом снижения до ~135 $/кВт·ч. Таким образом, преодолен порог конкурентоспособности (150 $/кВт·ч), что открывает возможность промышленного внедрения цинк-ионных аккумуляторов в крупномасштабные системы хранения энергии. Результаты исследования позволяют сопоставить эффективность различных методов синтеза, выявить наиболее перспективные направления оптимизации и служат основой для разработки экономически и экологически устойчивых решений в области стационарных накопителей энергии.
Получены композитные материалы на основе оксидов ванадия с помощью различных синтетических методик, охарактеризованы их физико-химические свойства и изучены электрохимические характеристики в цинк- и литий-ионных аккумуляторах. Лучшие удельные ёмкости среди материалов для ЦИА получены для композитного материала VxOy, допированного NH4+ и PEDOT: 403 мАч·г-1 при плотности тока 0.3 А·г-1 и 246 мАч·г-1 при 10 А·г-1.
В ходе длительного циклирования (1000 циклов) были обнаружены проблемы со стабильностью макетов водных цинк-ионных аккумуляторов. Для изучения вклада в деградацию ёмкости полного макета важной задачей является дополнительное изучение стабильности цинкового анода и его влияние на производительность аккумулятора в целом.
В работе выполнен комплексный анализ перспектив катодных материалов на основе оксида ванадия для использования в водных цинк-ионных аккумуляторах. Разработана универсальная система многофакторной оценки, включающая три ключевых блока критериев: (i) прямые производственные затраты, (ii) электрохимические характеристики (циклическая стабильность, скорость заряда-разряда, удельная ёмкость) и (iii) экологические показатели (углеродный след). Для ряда катодных материалов проведен технико-экономический анализ, согласно которому стоимость накопленной энергии составляет 145–177 $/кВт·ч с потенциалом снижения до ~135 $/кВт·ч. Таким образом, преодолен порог конкурентоспособности (150 $/кВт·ч), что открывает возможность промышленного внедрения цинк-ионных аккумуляторов в крупномасштабные системы хранения энергии. Результаты исследования позволяют сопоставить эффективность различных методов синтеза, выявить наиболее перспективные направления оптимизации и служат основой для разработки экономически и экологически устойчивых решений в области стационарных накопителей энергии.
Осуществлен синтез композитных материалов на основе оксидов ванадия с интеркаляцией проводящего полимера PEDOT и оценены функциональные свойства в цинк- и литий-ионных аккумуляторах. Наилучший результат получен для VxOy, допированного NH4+ и PEDOT, с удельной емкостью 403 мАч/г при токе 0.3 А/г; стабильно функционирующего в течение 100 циклов при токах 1 и 5 А/г.
Елисеева С.Н. - руководство проектом, подготовка и написание статей и отчёта
Белецкий Е.В. - подготовка и написание статей и отчёта
Каменский М.А. - подготовка и написание статей
Волков Ф.С. - синтез композитов оксида ванадия с PEDOT, подготовка и написание статей и отчёта
Попов А.Ю. - исследование электрохимических свойств композитов оксида ванадия c полимером, написание статьи
Междисциплинарность данного проекта обуславливается рассмотрением процессов переноса заряда в сложных композитных материалах на основе оксидов ванадия и проводящих полимеров. В частности, изучение процессов интеркаляции ионов в твердом теле и диффузии ионов в электролите может быть описано рядом физических законов и смоделировано в соответствии с основными существующими теориями, а также подтверждено результатами экспериментальных исследований различными электрохимическими методами, методами анализа состава, структуры, поверхности материала.
| Краткое название | GZ-2025 |
|---|
| Акроним | GZ_F_2025 - 1 |
|---|
| Статус | Выполняется |
|---|
| Эффективные даты начала/конца | 1/01/25 → 31/12/25 |
|---|
