Электроды нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов: гибридные наноматериалы на основе углерода и оксидов и сульфидов р- и d- элементов.

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 16-13-00110

НазваниеЭлектроды нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов: гибридные наноматериалы на основе углерода и оксидов и сульфидов р- и d- элементов.

Руководитель Приходченко Петр Валерьевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова литий-ионный аккумулятор, натрий-ионный аккумулятор, электродный материал, анод, оксиды, сульфиды, d-элементы, р-элементы, наноматериалы, тонкие пленки, гибридные материалы

Код ГРНТИ31.17.15, 31.15.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка новых эффективных электродных материалов для литий- и натрий-ионных аккумуляторов - актуальная задача современной химии материалов, решение которой во многом определяет перспективы развития производства портативных электронных устройств, медицинской и другой высокотехнологичной техники, электротранспорта. Современный рынок диктует новые требования к источникам питания, в частности, в настоящее время весьма востребованы аккумуляторы нового поколения с улучшенными электрохимическими характеристиками, которые бы обеспечивали высокую удельную энергию, длительный срок эксплуатации и возможность питания устройств высокой мощности. С другой стороны, постоянное увеличение темпов роста производства наиболее широко используемых литий-ионных аккумуляторов приводит к удорожанию литиевого сырья и создает проблему их утилизации. Вместе с тем, стоимость аккумуляторов ограничивается высокой конкуренцией и постоянно растущим предложением на рынке портативной техники. Это объясняет актуальность разработки новых технологий, которые бы позволяли создавать источники тока с улучшенными электрохимическими характеристиками, но при этом недорогие и экологически безопасные в производстве и утилизации. Возможность создания таких технологий в значительной мере определяется решением научных проблем химии материалов, среди которых особенно актуальна проблема разработки новых электродных материалов для литий- и натрий-ионных аккумуляторов. Научная новизна поставленной задачи заключается, в первую очередь, в оригинальных подходах и методах, которые предлагается использовать для получения гибридных электродных материалов нового поколения. Разработанный нами ранее "пероксидный" метод, подразумевающий применение в качестве исходных систем пероксосоединений олова и сурьмы, впервые предлагается распространить на системы d-элементов, в том числе, соединения титана, ванадия, молибдена, железа, вольфрама. Это позволит получить широкий спектр новых гибридных наноматериалов, в которых на углеродных частицах различной природы сформированы тонкие неорганические пленки (толщиной 1-10 нм) на основе оксидов или сульфидов соответствующих элементов. Оригинальность такого подхода гарантирует получение принципиально новых композиционных материалов различной морфологии и состава, в которых наноразмерное неорганическое покрытие различного состава и морфологии будет сформировано на поверхности углеродных материалов, отличающихся по своим свойствам (углеродные нанотрубки, восстановленный оксид графена, технический углерод). Сочетание неорганической и углеродной компонент в составе полученных гибридных материалов позволит улучшить адаптируемость к изменению объема неорганических частиц электродного материала, взаимодействующих в ходе циклов заряда/разряда с литием или натрием, а также увеличить электронную проводимость и площадь поверхности материала. За счет этого предполагается значительно повысить стабильность электродного материала в ходе работы аккумулятора и улучшить его скоростные характеристики. При этом, наличие в гибридном материале неорганической компоненты будет обеспечивать высокие значения удельной электрохимической емкости анода в литий- или натрий-ионном аккумуляторе. Разнообразие полученных электродных материалов и возможность регулировать состав и морфологию продукта позволят оптимизировать выбор прекурсоров и условия синтеза и разработать эффективные электродные материалы с улучшенными электрохимическими свойствами. При этом использование недорогих и нетоксичных пероксидсодержащих прекурсоров позволит предложить принципиально новые экологически безопасные и экономически выгодные способы получения электродов для аккумуляторов нового поколения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Приходченко П.В. Peroxocomplexes of germanium and tin: synthesis, structure and application for oxide and sulfide coating processing. 15th International Conference on the Coordination and Organometallic Chemistry of Germanium, Tin and Lead. Program & book of abstracts, P. 68. (год публикации - 2016)

2. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Трипольская Т.А., Сладкевич С., Лев О., Приходченко П.В. P-block element oxides and sulfides - reduced graphene oxide composites synthesized via peroxide method as superior anode material for lithium and sodium ion batteries Abstract Book AEM2016 (год публикации - 2016)

3. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Трипольская Т.А., Мельник Е.А., Шабалова И.В., Приходченко П.В., Лев О. Исследование композита диоксид олова–станнат натрия, полученного разложением пероксостанната, в качестве потенциального анодного материала для литий-ионных аккумуляторов Журнал неорганической химии, том 61, № 11, с. 1483–1489 (год публикации - 2016)
10.7868/S0044457X16110131

4. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Гун Е., Приходченко П.В., Лев О. Sodium doped tin oxide -reduced graphene oxide composite as lithium ion battery anode synthesized by the peroxide route: Low temperature and no waste processing AEM2016 conference. Book of abstracts, P. 49 (год публикации - 2016)

5. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Чураков А.В., Гришанов Д.А., Трипольская Т.А., Приходченко П.В., Лев О. Ammonium peroxotellurates: synthesis, characterization, properties and application for preparation of composite nanomaterials XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тезисы докладов, Т.2a, С. 142 (год публикации - 2016)

6. Приходченко П.В., Трипольская Т.А., Медведев А.Г., Михайлов А.А., Мельник Е.А., Попов В.С., Гришанов Д.А Электроды нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов: гибридные наноматериалы на основе углерода и оксидов и сульфидов p- и d-элементов Научная конференция грантодержателей РНФ "Фундаментальные химические исследования XXI-го века". Тезисы докладов., С. 59 (год публикации - 2016)

7. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Чураков А.В., Венер М.В., Трипольская Т.А., Кохен Ш., Лев О., Приходченко П.В. Peroxogermanates: synthesis, crystal structure and application for GeO2 based materials preparation AEM2016 conference. Book of abstracts, P. 50 (год публикации - 2016)

8. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Гришанов Д.А., Венер М.В., Чураков А.В., Трипольская Т.А., Приходченко П.В., Лев О. Synthesis and structure of peroxogermanates and application for nanomaterials preparation XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тезисы докладов, Т.2a, С. 141 (год публикации - 2016)

9. Чернышов И.Ю., Венер М.В., Приходченко П.В., Медведев А.Г., Лев О., Чураков А.В. Peroxosolvates: formation criteria, H2O2 hydrogen bonding, and isomorphism with the corresponding hydrates Crystal Growth & Design (год публикации - 2016)
10.1021/acs.cgd.6b01449

10. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Трипольская Т.А., Мельник Е.А., Приходченко П.В., Лев О. Морфология и электрохимические свойства полученного «пероксидным» методом композита на основе диоксида олова и технического углерода Журнал неорганической химии, том 61, № 12, с. 1640–1645 (год публикации - 2016)
10.7868/S0044457X1612014X

11. Медведев А.Г., Приходченко П.В., Трипольская Т.А., Михайлов А.А., Мельник Е.А., Попов В.С., Гришанов Д.А. Электроды нового поколения для литий- и натрий-ионных аккумуляторов: гибридные наноматериалы на основе восстановленного оксида графена и теллурида олова Научная конференция грантодержателей РНФ "Фундаментальные химические исследования XXI-го века". Сборник тезисов., С. 465-466 (год публикации - 2016)

12. Приходченко П.В., Лев О. P-block element peroxocomplexes: synthesis, characterization and application for thin film deposition XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тезисы докладов, Т.2a, С. 99 (год публикации - 2016)

Публикации

1. Приходченко П.В. Peroxocomplexes of p-block elements: synthesis, structure and application EICC-4 4 th EuCheMS Inorganic Chemistry Conference Conference program & Book of abstracts, C_14_BM (год публикации - 2017)

2. Гришанов Д.А., Медведев А.Г., Михайлов А.А., Трипольская Т.А., Мельник Е.А., Лев О., Приходченко П.В. COORDINATION PEROCOMPLEX OF GERMANIUM FOR GEO2 THIN FILM DEPOSITION ON GRAPHENE OXIDE 27th International Chugaev Conference on Coordination Chemistry BOOK OF ABSTRACTS, Y22 (год публикации - 2017)

3. Гришанов Д.А., Михайлов А.А., Медведев А.Г., Гун Ж., Приходченко П.В., Ху З.Ж., Нагасубраманиан А., Сринивасан М., Лев О. Graphene Oxide-Supported β-Tin Telluride Composite for Sodium- and Lithium-Ion Battery Anodes Energy Technology (год публикации - 2017)
10.1002/ente.201700760

4. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Попов В.С., Мокрушин А.С., Крутько Д.П., Лев О., Приходченко П.В. Созревание частиц на основе диоксида олова, индуцированное пероксидом водорода, и их применение в газовых сенсорах IV Школа-конференция молодых учёных «Неорганические соединения и функциональные материалы» ICFM-2017 Программа и сборник тезисов докладов, С. 70 (год публикации - 2017)

5. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Гришанов Д.А., Трипольская Т.А., Мельник Е.А., Лев О., Приходченко П.В. AMMONIUM PEROXOTELLURATES. SYNTHESIS, STRUCTURE AND APPLICATIONS. 27th International Chugaev Conference on Coordination Chemistry BOOK OF ABSTRACTS, O8 (год публикации - 2017)

6. Медведев А.Г., Гришанов Д.А., Михайлов А.А., Гун Ж., Приходченко П.В., Лев О. β-SnTe@reduced graphene oxide composite for Na- and Li-Ion Battery Anodes EICC-4 4 th EuCheMS Inorganic Chemistry Conference Conference program & Book of abstracts, C_9_BM (год публикации - 2017)

7. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Попов В.С., Мокрушин А.С., Крутько Д.П., Лев О., Приходченко П.В. Индуцированное пероксидом водорода созревание частиц на основе диоксида олова и их применение в газовых сенсорах VII КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, C. 138 (год публикации - 2017)

8. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Гришанов Д.А,, Трипольска Т.А., Мельник Е.А,, Приходченко П.В., Лев О. КОМПОЗИТ НА ОСНОВЕ ГЕРМАНАТА НАТРИЯ И ВОССТАНОВЛЕННОГО ОКСИДА ГРАФЕНА: СИНТЕЗ ИЗ ПЕРОКСОГЕРМАНАТА И ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ АНОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, том 62, №12, 1620-1628 (год публикации - 2017)
10.7868/S0044457X17120108

9. Гришанов Д.А., Михайлов А.А., Медведев А.Г., Чураков А.В., Трипольская Т.А., Приходченко П.В., Лев О. Композит на основе теллурида олова и восстановленного оксида графена: синтез, морфология и электрохимические свойства в составе анодов литий-и натрий-ионных аккумуляторов IV Школа-конференция молодых учёных «Неорганические соединения и функциональные материалы» ICFM-2017 Программа и сборник тезисов докладов, С. 46 (год публикации - 2017)

10. Лакшми В., Чен Ю., Михайлов А.А., Медведев А.Г., Султана И., Рахман М.М., Лев О., Приходченко П.В,, Глушенков А.М. Nanocrystalline SnS2 coated onto reduced graphene oxide: Demonstrating the feasibility of a non-graphitic anode with sulfide chemistry for potassium-ion batteries CHEMICAL COMMUNICATIONS, V. 53, Iss. 59, 8272-8275 (год публикации - 2017)
10.1039/C7CC03998K

11. Приходченко П.В., Медведев А.Г., Михайлов А.А., Гришанов Д.А., Трипольская Т.А., Мельник Е.А., Лев О. COORDINATION PEROXOCOMPOUNDS OF P-BLOCK ELEMENTS. NEW APPLICATIONS. 27th International Chugaev Conference on Coordination Chemistry BOOK OF ABSTRACTS, PL23 (год публикации - 2017)

12. Приходченко П.В. Пероксокомплексы р-элементов. Синтез, строение и применение для получения функциональных материалов IV Школа-конференция молодых учёных «Неорганические соединения и функциональные материалы» ICFM-2017 Программа и сборник тезисов докладов, С. 29 (год публикации - 2017)

13. Трипольская Т.А, Колядинцева Л.В., Мельник Е.А, Михайлов А.А., Медведев А.Г., Чураков А.В, Приходченко П.В. О стабильности катиона Кеггина Al13 в водных растворах пероксида водорода ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, том 62, №11, 1496-1502 (год публикации - 2017)
10.7868/S0044457X17110113

14. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Трипольская Т.А., Попов В.С., Мокрушин А.С., Крутько Д.П., Приходченко П.В., Лев О. H2O2 induced formation of graded composition sodium-doped tin dioxide and template-free synthesis of yolk–shell SnO2 particles and their sensing application Dalton Transactions, issue 46, P. 16171-16179 (год публикации - 2017)
10.1039/C7DT03104A

15. Гришанов Д.А., Михайлов А.А., Медведев А.Г., Гун Ж., Нагасубраманиан А., Сринивасан М., Лев О., Приходченко П.В. Synthesis of high volumetric capacity graphene oxide-supported tellurantimony Na- and Li-ion battery anodes by hydrogen peroxide sol gel processing Journal of Colloid and Interface Science, V. 512, 165-171 (год публикации - 2018)
10.1016/j.jcis.2017.10.040

Публикации

1. Михайлов А.А., Медведев А.Г., Гришанов Д.А., Сладкевич С., Гун Ж., Приходченко П.В., Ху З.Ж., Нагасубраманиан А., Сринивасан М., Лев О. Vanadium Oxide Thin Film Formation on Graphene Oxide by Microexplosive Decomposition of Ammonium Peroxovanadate and Its Application as a Sodium Ion Battery Anode Langmuir, 34 (8), 2741–2747 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.langmuir.8b00035

2. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Трипольская Т.А., Приходченко П.В. Композиционные материалы на основе оксида графена и диоксида олова: методы синтеза и электрохимические характеристики в составе анодов литий- и натрий-ионных аккумуляторов Известия Академии наук. Серия химическая, № 7, 1131-1141 (год публикации - 2018)
10.1007/s11172-018-2194-4

3. Гришанов Д.А., Михайлов А.А., Медведев А.Г., Трипольская Т.А., Приходченко П.В., Лев О. ПЕРОКСОГЕРМАНАТ АММОНИЯ: СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ VIII КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, С. 36-37 (год публикации - 2018)

4. Приходченко П.В. Пероксокомплексы р-элементов. Синтез, строение и применение для получения функциональных наноматериалов VIII КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ПО ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ, C. 8-9 (год публикации - 2018)

5. Приходченко П.В., Медведев А.Г., Михайлов А.А., Гришанов Д.А., Трипольская Т.А. A composites based on p-block elements compounds and reduced graphene oxide: synthesis by hydrogen peroxide sol gel processing and application as anode materials for metal-ion batteries XV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ Актуальные проблемы преобразования энергии в литиевых электрохимических системах, C. 37 (год публикации - 2018)

6. Медведев А.Г., Михайлов А.А., Гришанов Д.А., Приходченко П.В., Лев О. Vanadium oxide – reduced graphene oxide composite formation and its application as sodium ion battery anode 3rd International conference of young scientists „Topical problems of modern electrochemistry and electrochemical materials science“, С. 62-63 (год публикации - 2018)

7. Медведев А.Г., Михайлов А.А,, Чернышев И.Ю., Венер М.В., Лев О., Приходченко П.В. Effect of aluminum vacancies on the H2O2 or H2O interaction with a gamma-AlOOH surface. A solid-state DFT study International Journal of Quantum Chemistry, e25920 (год публикации - 2019)
10.1002/qua.25920