Разработка электродов на основе металлорганических комплексов для Na/K батарей

Актуальность
Проект направлен на создание гибридных электродов на основе тонких пленок аналогов берлинской лазури (БЛ), формируемых электроосаждением на проводящих подложках. Актуальность определяется спросом на безопасные, недорогие и ресурсно-доступные системы накопления энергии, альтернативные Li-ion технологиям, а также развитием тонкопленочных и гибких электрохимических устройств. Гексацианоферраты, нитропруссиды и другие металлорганические комплексные соли Co, Ni и Cu рассматриваются как перспективные материалы для Na/K-ионных батарей и суперконденсаторов благодаря открытой каркасной структуре, высокой скорости транспорта катионов и хорошей работе в высокомощных режимах. На текущем этапе уже отработано электроосаждение берлинской лазури из системы HCl–FeCl3–K3[Fe(CN)6] на графлексе, графите, ITO-стекле и ITO-PET, что делает проект реалистичным и позволяет перейти к расширению платформы на PB-аналоги и демонстрационные электроды.
Проблема
Несмотря на высокий потенциал берлинской лазури и ее аналогов, для практического перехода к устройствам остается нерешенной задача создания универсальной технологии электроосаждения функциональных пленок семейства БЛ-типичных каркасных материалов на жестких и гибких проводящих подложках. Существующие электродные материалы для Na/K-ионных накопителей энергии часто требуют сложного синтеза, введения связующих и плохо адаптируются к тонкопленочным конфигурациям. Для суперконденсаторных и высокомощных систем особенно важны высокая скорость ионного транспорта, стабильность покрытия при циклировании и воспроизводимость нанесения на разные токосъемники. Проект решает проблему перехода от единичной отработанной методики осаждения берлинской лазури к универсальной платформе получения и сравнения аналогов БЛ, Co/Ni/Cu-гексацианоферратов и других подобных комплексов на графлексе, графите, ITO-стекле и ITO-PET с последующей демонстрацией их применимости в электрохимических накопителях.
Цель
Разработать и экспериментально верифицировать технологию получения гибридных электродов на основе электроосажденных тонких пленок аналогов берлинской лазури (Co/Fe-, Ni/Fe-, Cu/Fe-гексацианоферраты и соли других комплексных анионов) на подложках графлекс, графит, ITO-стекло и ITO-PET и показать применимость таких электродов в качестве активных элементов высокомощных Na/K-ионных батарей и суперконденсаторов.
Задачи
1) Выполнить анализ литературы и выбрать 2-3 наиболее перспективных аналога берлинской лазури для создания электродов для Na/K-ионных батарей и суперконденсаторов. 2) Адаптировать и унифицировать электроосаждение тонких пленок Co/Fe-, Ni/Fe- и Cu/Fe-гексацианоферратов и других подобных комплексов на графлексе, графите, ITO-стекле и ITO-PET. 3) На основе уже отработанной методики осаждения берлинской лазури разработать сопоставимые режимы для её аналогов и исследовать влияние потенциала, времени осаждения, концентраций и типа подложки на толщину, морфологию, адгезию и однородность пленок. 4) Провести структурно-химическую и электрохимическую характеризацию покрытий. 5) Изготовить лабораторные образцы гибридных электродов и оценить их характеристики в режимах циклической вольтамперометрии и заряда-разряда. 6) Сформулировать рекомендации по выбору комбинации «состав пленки - подложка - режим осаждения» и подготовить отчетные материалы и демонстрационный макет батареи.
Результат
По итогам проекта планируется получить: воспроизводимую лабораторную технологию электроосаждения тонких пленок аналогов берлинской лазури (Co/Ni/Cu-гексацианоферраты, нитропруссиды, нитриты,…) на графлексе, графите, ITO-стекле и ITO-PET; набор гибридных электродов с подтвержденными структурой, морфологией и электрохимической активностью; карту режимов осаждения и их влияния на свойства покрытия; рекомендации по выбору подложки и состава пленки под задачи Na/K-ионных батарей и суперконденсаторов; демонстрационный лабораторный макет электрохимической ячейки или серии полуячеек; комплект проектной документации. Результат является конкретным, проверяемым и реализуемым в пределах одного учебного года.
Партнёры проекта
—
***