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 22-23-20206

НазваниеОпределение фундаментальных термодинамических параметров для развития натрий-ионных аккумуляторов

Руководитель Миненков Юрий Валерьевич, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-404 - Растворы, расплавы – структура и свойства

Ключевые слова Натрий-ионные аккумуляторы, сольватация ионов, свободная энергия сольватации, квантовая химия, континуумная модель сольватации, мономерный цикл, “объемная (bulk)” шкала сольватации

Код ГРНТИ31.15.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Взаимодействие ионов с растворителем является движущей силой многих полезных трансформаций, включая, помимо прочего, циклы заряда-разряда аккумулятора, химию разделения/экстракции, органический синтез, растворение, фармакологическое действие лекарств, очистку воды и водоподготовку, а также гомогенный катализ. [1] Знание величин энергии сольватации иона Na+ в различных растворителях имеет решающее значение для разработки и оптимизации существующих и проектируемых устройств хранения энергии большой емкости, таких как аккумуляторные натрий-ионные батареи. Для рационализации и тщательной настройки этих важных индустриальных процессов вводится количественная мера взаимодействия ионов растворенных веществ и растворителей, свободная энергия Гиббса сольватации ионов, ΔGsolv. В отличие от термодинамических функций сольватации нейтральных растворенных веществ, доступных через комбинирование констант равновесия сублимации (испарения) и растворимости, определяемых из масс-спектрометрических, калориметрических и химических экспериментов, получение этих характеристик для ионных растворенных веществ представляет собой настоящий вызов [7]. Это связано с одновременным присутствием в растворах электролитов как ионов, так и противоионов. В этом проекте мы собираемся принять этот вызов и предсказать свободную энергию сольватации катиона натрия в ряде растворителей, связанных с разработкой и модификацией перезаряжаемых натрий-ионных батарей (Na-Ion) для увеличения их емкости и уменьшения производственных затрат. На основе предсказанных таким образом значений ΔGsolv (Na +) будет определен ряд многообещающих растворителей для использования в Na-ионных батареях. Надежность нашего теоретического подхода обеспечена сочетанием в рамках проекта наиболее современных теоретических и экспериментальных подходов. Во-первых, будет получен новый набор экспериментальных значений свободных энергий сольватации катиона натрия ΔGsolv (Na+) в ряде растворителей. Во-вторых, с помощью систематического сравнения новых значений с величинами, полученными Маркусом около 50 лет назад, будет выявлен ряд растворителей, для которых близость литературных и уточненных значений ΔGsolv (Na+) станет свидетельством их повышенной надежности. Наконец, используя эти наиболее надежные экспериментальные свободные энергии сольватации в качестве эталонов для сравнения, мы тщательно подберем индивидуальные составляющие нашего теоретического протокола. Эти результаты будут способствовать развитию технологий аккумуляторных батарей в Российской Федерации. Кроме того, наш надежный теоретический подход выглядит особенно многообещающим для исследований и разработок в областях, где необходимы надежные величины свободных энергий сольватации ионов: экстракция, водоподготовка и водоочистка, гомогенный катализ. Литература: [1] Y. Marcus, “Applications of Solutions of Ions,” in Ions in Solution and their Solvation, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Ltd, 2015, pp. 247–283. [2] R. Usiskin et al., “Fundamentals, status and promise of sodium-based batteries,” Nat. Rev. Mater. 2021, pp. 1–16, Jun. 2021, doi: 10.1038/s41578-021-00324-w. [3] F. Li, Z. Wei, A. Manthiram, Y. Feng, J. Ma, and L. Mai, “Sodium-based batteries: from critical materials to battery systems,” J. Mater. Chem. A, vol. 7, no. 16, pp. 9406–9431, Apr. 2019, doi: 10.1039/C8TA11999F. [4] G. G. Eshetu et al., “Electrolytes and Interphases in Sodium-Based Rechargeable Batteries: Recent Advances and Perspectives,” Adv. Energy Mater., vol. 10, no. 20, p. 2000093, May 2020, doi: 10.1002/AENM.202000093. [5] G. G. Eshetu et al., “Electrolyte Additives for Room-Temperature, Sodium-Based, Rechargeable Batteries,” Chem. – An Asian J., vol. 13, no. 19, pp. 2770–2780, Oct. 2018, doi: 10.1002/ASIA.201800839. [6] N. Yabuuchi, K. Kubota, M. Dahbi, and S. Komaba, “Research Development on Sodium-Ion Batteries,” Chem. Rev., vol. 114, no. 23, pp. 11636–11682, Dec. 2014, doi: 10.1021/CR500192F. [7] P. Hunenberger and M. Reif, Single-Ion Solvation. Cambridge UK: The Royal Society of Chemistry, 2011.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---