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 22-23-01099

НазваниеРазработка перспективных стеклокерамических электролитов для полностью твердофазных литий-ионных аккумуляторов нового поколения

Руководитель Першина Светлана Викторовна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Полностью твердофазный аккумулятор, твердые электролиты, стеклокерамика, структура NASICON, Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, литий-ионная проводимость

Код ГРНТИ31.15.19

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Безопасные и высокоэнергоемкие полностью твердофазные литий-ионные аккумуляторы востребованы в портативной электронике и в крупномасштабных приложениях, таких как электротранспорт и авиационно-космическая техника. В традиционных литий-ионных аккумуляторах в качестве электролита используется органическая жидкость, что приводит к проблемам безопасности, недостаточному сроку службы, а также узкому диапазону рабочих условий, в первую очередь по температуре эксплуатации устройства. На их фоне выделяются полностью твердофазные литий-ионные аккумуляторы, в которых все составляющие (анод, катод и электролит) представляют собой твердые тела. Как и классические аккумуляторы с жидким электролитом, полностью твердофазные литий-ионные источники тока обладают высокой теоретической плотностью энергии и удельной энергоёмкостью, что связано с наиболее низким удельным атомарным весом лития по сравнению с другими катионами металлов, а также радиусом иона. При этом использование негорючего твердого электролита позволяет избежать проблем безопасности, характерных для источников тока с жидкими электролитами, а также увеличить срок службы аккумулятора. К ним предъявляется меньше требований к упаковке и к схемам контроля состояния заряда, что в конечном итоге приведет к снижению стоимости готовой продукции. В связи с этим, интерес к полностью твердофазным литий-ионным аккумуляторам во всем мире возрастает. Основными требованиями, которые предъявляются к твердым электролитам, являются совместимость с электродными материалами, низкая пористость, пренебрежимо малая доля электронной составляющей проводимости и высокая ионная электропроводность при температурах, близких к комнатной, т.к. известные на сегодня промышленно выпускаемые катодные материалы не стабильны при высоких температурах. Среди известных твердых электролитов всеми вышеперечисленными требованиям обладают, а, следовательно, являются наиболее перспективными твердыми электролитами, представители семейства на основе Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 (сокращенно LAGP) со структурой NASICON. А возможность изготовить электролит LAGP стеклокерамическим способом позволяет добиться существенного снижения пористости электролитической мембраны по сравнению с керамикой аналогичного состава. Стоит отметить, что твёрдые электролиты по величине электропроводности уступают жидким электролитам, однако изготовление электролита в тонкоплёночном варианте позволяет нивелировать данный недостаток. У коллектива проекта имеется успешный опыт по созданию керамических, композиционных и стеклокерамических твердых электролитов с улучшенными целевыми свойствами по сравнению с литературными данными. В представленном проекте будут получены новые твердые электролиты с улучшенными целевыми свойствами на основе алюмогерманофосфата лития. Данная работа направлена, в частности, на исследование влияния оксида кремния на кинетику кристаллизации, термические свойства, фазовый состав, микроструктуру, молекулярную структуру и электрические свойства твердого электролита LAGP. В результате планируется разработать составы стеклокерамических электролитов в системе Li1.5+хAl0.5Ge1.5SixP3-xO12 (где x варьируется от 0 до 0,5) с улучшенными по сравнению с исходной системой характеристиками для полностью твердофазного литий-ионного аккумулятора. До сих пор не были предприняты попытки модифицировать транспортные свойства стеклокерамики Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 путем частичного замещения ионов P5+ на Si4+ с высвобождением позиции для ионов Li+, несмотря на перспективность данного направления. Стоит отметить, что стеклокерамические электролиты будут получены из монолитного стекла. Это позволит предотвратить проблему роста дендритов, которая характерна для керамических проводников, поскольку стекло ведёт себя подобно переохлаждённой жидкости, то есть способно заполнить любую предоставленную форму без наличия остаточных пор. Фундаментальная проблема, на решение которой направлен проект, связана с поиском твердых электролитов с высокими целевыми характеристиками и привлечению дополнительных методов для исследования их электрических свойств. Полученные результаты, как по синтезу заявленных электролитов, так и по исследованию их различных компонент проводимости будут новыми и оригинальными.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---