КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 23-23-00041

НазваниеИзучение интеркаляции сольватированых ионов лития в графит и продуктов электрохимических реакций в приповерхностной области графита

Руководитель Лучкин Сергей Юрьевич, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-402 - Электрохимия и коррозия металлов

Ключевые слова Электрохимические накопители энергии, металл-ионные аккумуляторы, литий-ионные аккумуляторы, электродные материалы, графит, электролит, анод, интеркаляция

Код ГРНТИ31.15.33

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Данный проект направлен на комплексное изучение приповерхностного слоя графита на разных стадиях процесса электрохимической интеркаляции лития вместе с сольватной оболочкой из апротонных органических электролитов. За последние 30 лет внедрение и широкое распространение литий-ионных аккумуляторов значительно изменило повседневный технологический облик общества. Этот процесс, начавшийся с портативных устройств, начал активно распространяться на более крупную технику с большим энергопотреблением, например, электромобили. Прогнозируется, что к 2030 году рынок аккумуляторов вырастет с нынешних 800 ГВч до 2,5 – 4 ТВч, главным образом за счёт внедрения электротранспорта. Одним из важнейших параметров аккумуляторов для электротранспорта, помимо безопасности и высокой удельной ёмкости, является удельная мощность, которая, в свою очередь, зависит от кинетики протекающих внутри электрохимической ячейки процессов. Особенно актуальной эта проблема становится при низких температурах. С 1994 года практически во всех литий-ионных аккумуляторах (LIB) в качестве активного материала анода используется графит. С учётом низкой цены, высокой доступности, технологичности, низкой токсичности и хорошей циклируемости, полноценной замены графита в традиционных аккумуляторах с жидким электролитом не предвидится. Для полноценной и длительной работы анода в литий ионной батарее необходимо формирование на его поверхности пассивирующего слоя (за ним закрепился термин Solid Electrolyte Interphase –SEI). SEI состоит из слоя продуктов восстановления компонентов электролита. Эти продукты образуются на поверхности графита на первых циклах зарядки-разрядки. В производстве литий ионных батарей первые циклы заряда/разряда рассматриваются как отдельный технологический процесс и получили специальный термин “formation”. В отличие от подавляющего большинства современных исследований, в проекте предполагается исследовать не сам SEI, а приповерхностный слой графита, который граничит с ним. Под приповерхностным слоем графита принимается слой разделяющий объём графита и SEI. Важность этого слоя для функционирования литий-ионных батарей состоит в следующем: • Этот слой является основой, на которой в дальнейшем образуется и закрепляется SEI. • Через этот слой происходит перенос электронов, и он в значительной мере контролирует кинетику восстановительных реакций при начальном образовании SEI. Процесс трансформации поверхности происходит до начала формирования SEI и начинается с интеркаляции в графит сольватированных ионов лития (Lisolv+). Явление интеркаляции Lisolv+ было известно с 1970-х годов, т.е. с самого начала исследования интеркаляции лития в графит из жидких органических растворителей. Однако этот процесс до сих пор недостаточно изучен и его значение в формировании SEI явно недооценено. В проекте планируется изучить изменение приповерхностного слоя на различных стадиях: до образования пассивирующего слоя (SEI), стадии начала образования SEI и завершающей стадии формирования SEI. В ходе данного проекта предполагается прояснить следующие вопросы: • Потенциалы, при которых происходит интеркаляция Lisolv+ в графит. • Как меняется морфология поверхности графита после интеркаляция Lisolv+. • Как меняются электрофизические свойства поверхности графита (работа выхода электронов) после интеркаляция Lisolv+. • Какие реакции протекают с органическими молекулами в составе сольватированой оболочки ионов лития после интеркаляции. • Какие продукты образуются в ходе этих реакций. Для этого планируется изучение динамики формирования, состава и структуры приповерхностного слоя продуктов восстановления интеркалированных Lisolv+ и компонентов электролита на модельном образце высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) в электролитах на основе этиленкарбоната с различными добавками.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---