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 22-73-00261
НазваниеБлижний порядок и электронная структура стекол и стекло-керамики на основе LiGe2(PO4)3 и кристаллических оксидов на основе Li7La3Zr2O12 как перспективных материалов электролита для твердофазных литиевых батарей
Руководитель Власов Максим Игоревич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-202 - Химия твердого тела, механохимия
Ключевые слова твердые литийпроводящие электролиты, ближний порядок, электронная структура, стекло-керамика, оксиды, Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li7La3Zr2O12
Код ГРНТИ31.15.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Изучение материалов для полностью твердофазных литиевых батарей является одной из наиболее активно развивающихся областей научных и прикладных исследований, связанных со сферой энергетики. Это вызвано тем, что такие батареи рассматриваются как перспективная замена распространенным литий-ионным батареям. Одним из их главных преимуществ является то, что они могут обладать значительно большей энергоемкостью, так как за счет использования твердого электролита возможно использование анода из металлического лития – самого энергоемкого материала для литиевых батарей. Однако, вместе с тем использование твердого электролита накладывает ряд новых проблем и задач, затрудняющихся коммерциализацию твердофазных литиевых батарей, и для решения которых требуется разностороннее и комплексное исследование свойств материалов электролитов. Анализ литературных данных по этому направлению показал, что для материалов твердых литийпроводящих электролитов хорошо изучены проводимость и структура (в основном, дальнего порядка), но менее исследованы особенности ближнего порядка и совсем не исследованы особенности электронной структуры. В этой связи, настоящий проект направлен на заполнение данного пробела, что может способствовать лучшему пониманию механизма литий-ионной проводимости в этих материалах и их поведению в контакте с электродными материалами.
В рамках проекта предлагается исследовать два типа материалов, перспективных в качестве твердых литийпроводящих электролитов, проводимость которых уже хорошо изучена: 1) стекла на основе состава Li2O–Al2O3–GeO2–P2O5 и полученная путем их направленной кристаллизации стеклокерамика Li1+xAlxGe2−x(PO4)3; 2) кристаллический оксид Li7-xLa3Zr2-xMxO12 (M = Ta, Nb). Выбор базовых составов и допантов обусловлен тем, что такие материалы являются однофазными, обладают хорошей химической стабильностью и демонстрируют приемлемые значения литий-ионной проводимости. Для каждого из материалов будет проведен комплекс исследований по изучению их структуры ближнего порядка и электронной структуры, и выполнен анализ наличия взаимосвязи между этими свойствами и проводимостью. Особенность работы также в том, что учитывая разный тип материалов – стекло/стеклокерамика и микрокристаллический порошок/керамика, - удастся проверить влияние разных эффектов на исследуемые свойства:
- эффект кристаллизации при переходе от стекла к стеклокерамике для материалов на основе литий-германиевого фосфата;
- эффект от типа допанта и его концентрации для материалов на основе цирконата лантана-лития.
Помимо указанных исследований планируется также проведение дополнительных работ, связанных с выращиванием монокристалла цирконата лантана-лития и изучением поведения края фундаментального поглощения стекол/стеклокерамики литий-германиевого фосфата при низких температурах (77-300К). Первое позволит изучать проводимость без влияния границ зерен, второе – оценить энергию фононов в материале.
Предложенный комплекс исследований ранее ни кем не выполнялся не только для указанных материалов, но и для твердых литийпроводящих материалов в целом, что обусловливает научную новизну работы. По перспективности поставленных задач и технологичности предложенных для их решения методик проект соответствует мировому уровню исследований и находится в полном соответствии со Стратегией научно-технологического развития РФ, направление 2 «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии».
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ