1. Оптимизирован водный электролит. На основе перхлората натрия подобран состав электролита, обеспечивающий широкое окно электрохимической стабильности (до 2,5 В) при концентрациях, близких к насыщению, что является ключевым фактором для повышения рабочего напряжения ячейки.
2. Разработан катодный материал. Синтезированы и исследованы различные гексацианоферраты железа. Выбран наиболее эффективный материал, обладающий высокой емкостью, стабильностью и способностью к быстрому заряду/разряду благодаря усовершенствованному методу синтеза.
3. Синтезирован стабильный анодный материал. Получен NaTi₂(PO₄)₃ (NTP) с углеродным покрытием, которое значительно улучшило его проводимость. Материал показал хорошую емкость (81 мАч/г) и высокую стабильность при длительном циклировании — сохранение 80% емкости после 150 циклов.

1. Синтезированы ключевые компоненты электрода. Успешно получены стабильные суспензии двумерного материала Ti₃C₂Tₓ MXene, а также оптимизирован интеркаляционный материал NaTi₂(PO₄)₃ (NTP) с размером частиц ~500 нм и удельной емкостью 80 мАч/г.
2. Оптимизирован водный электролит. Установлено, что высококонцентрированные растворы солей 10 М NaClO₄ и 14 М LiCl обеспечивают максимально широкое окно электрохимической стабильности — 2,6 В и 2,5 В соответственно, что критически важно для повышения энергоемкости устройства.
3. Разработан новый гибридный материал MXene/TiO₂. Открыт и исследован эффект контролируемого окисления MXene с образованием наночастиц диоксида титана (анатаза) на его поверхности. Показано, что такой гибрид обладает повышенной электрохимической активностью и лучшими скоростными характеристиками по сравнению с исходным MXene.
4. Изготовлен итоговый гибридный электрод. Методом вакуумной фильтрации успешно создан гибкий самонесущий электрод на основе MXene/NaTi₂(PO₄)₃, подтвердив перспективность разработанного подхода.

1. Синтезированы катодные материалы. Получены и структурно охарактеризованы катодные материалы на основе сульфатов и фторфосфатов натрия. Первичные тесты показали их низкую электрохимическую активность из-за плохой собственной электронной проводимости.
2. Оптимизирована подготовка электродов. Разработана методика обработки материалов, включающая интенсивный размол для уменьшения размера частиц (до 1,3 мкм) и длительную гомогенизацию катодной смеси с проводящими добавками (до 10 часов).
3. Улучшены электрохимические показатели. Установлено, что оптимизированная обработка кардинально улучшает характеристики заряда/разряда. Это достигается за счет обеспечения полного вовлечения всех частиц в электрохимический процесс и значительного снижения поляризации.
4. Определены кинетические параметры. Методом циклической вольтамперометрии определены ключевые параметры, такие как коэффициенты диффузии и сопротивление переноса заряда, что позволило количественно оценить положительное влияние модифицирующих покрытий на производительность материалов.

1. Синтезирован и охарактеризован MOF. Гидротермальным методом успешно синтезировано металлорганическое соединение ZnMOF. Его кристаллическая структура и термическая стабильность были подтверждены методами рентгенофазового анализа (РФА) и термогравиметрии.
2. Создан анодный композит и определена его стабильность. Получен композитный материал на основе ZnMOF и проводящей углеродной добавки. Установлено, что материал стабильно циклируется в насыщенном растворе перхлората натрия, однако подвержен быстрой деструкции в щелочных электролитах.
3. Оценены кинетические характеристики. Методом циклической вольтамперометрии определены эффективные коэффициенты диффузии. Полученные данные свидетельствуют о высокой подвижности ионов натрия в структуре композита, что является ключевым фактором для обеспечения быстрой зарядки/разрядки.

1. Разработан новый катодный композит. Создан метод получения композита на основе NaFe(SO₄)₂ с использованием дисульфида молибдена (MoS₂) в качестве электропроводящего покрытия, а также предложен детальный механизм процесса интеркаляции в таких системах.
2. Создана математическая модель. В среде COMSOL Multiphysics разработана одночастичная модель, детально описывающая процессы переноса заряда в катодных материалах, покрытых проводящей добавкой.
3. Теория подтверждена моделированием. С помощью расчетов подтвержден предложенный механизм переноса заряда. Моделирование выявило ключевую зависимость между толщиной покрытия и эффективностью интеркаляции, а также позволило изучить поведение системы в различных электрохимических режимах.

1. Предложен новый анодный материал. Впервые показана возможность использования гексацианоферрата серебра Ag₄[Fe(CN)₆] в качестве анода. Установлено, что накопление заряда в нем происходит по эффективному конверсионному механизму реакции.
2. Разработан метод стабилизации. Предложен оригинальный метод повышения стабильности материала путем добавления в электролит соли железа (FeCl₃). Это предотвращает растворение активного компонента и удерживает его на поверхности электрода в ходе циклирования.
3. Продемонстрирована высокая долговечность. Оптимизированный анодный материал показал высокую стабильность при длительных испытаниях, сохраняя среднюю удельную емкость 58 мАч/г на протяжении 500 циклов заряда/разряда при высоком токе 200 мА/г.

«Оптимизация инновационного метода синтеза алюминированного карбида титана как основного материала для получения 2D Mxene материалов (Ti3C2, Ti2C)»

Цель проекта:

Оптимизация методики синтеза MAX-фаз (Ti₃AlC₂ и Ti₂AlC) путем подбора оптимального состава исходных компонентов и технологических условий (температура, время) для получения продукта с высокой чистотой и максимальным выходом. Задачи также включали проведение всестороннего физико-химического анализа синтезированных материалов и установление влияния прессования прекурсоров на механизм реакции.

1. Проведен синтез MAX-фаз с использованием различных соотношений прекурсоров (TiC:Ti:Al, Ti:С:Al и Ti:C:Al₄C₃). Установлено, что максимальный выход основного компонента (~60%) достигается при использовании соотношения TiC:Ti:Al для синтеза Ti₃AlC₂.
2. Оптимизированы температурные и временные режимы синтеза. Максимальный выход продукта (67,2%) зафиксирован при температуре 1350°С и времени синтеза 2 часа. Выявлено, что дальнейшее повышение температуры снижает выход продукта из-за испарения алюминия.
3. Разработан способ повышения чистоты конечного продукта. Показано, что покрытие прекурсоров защитным слоем оксида алюминия позволяет увеличить содержание целевой MAX-фазы до 80–85%, что приближает материал по качеству к коммерческим аналогам.
4. Методом лазерного анализа определен гранулометрический состав полученного продукта. Установлено, что материал имеет неравномерное распределение частиц по размерам в диапазоне от 1 до 150 мкм.

1. Установлено, что зависимость удельной электропроводности растворов от концентрации солей NaClO₄ и LiCl описывается уравнением второго порядка, что позволяет точно моделировать их ионную проводимость.
2. Выявлено ключевое влияние концентрации соли на окно электрохимической стабильности (ОЭС) электролита. Для 10 М раствора NaClO₄ удалось достичь расширения ОЭС до 3,2 В, что обусловлено эффективным связыванием молекул воды при гидратации ионов.
3. Исследовано влияние различных органических добавок (1-метил-2-пирролидон, ДМФА, ДМСО, ацетонитрил и др.) на свойства электролита. Установлена линейная зависимость между активностью воды в системе и донорным числом добавки, что открывает путь к целенаправленному управлению свойствами электролита.
4. Методом циклической вольтамперометрии определена емкость двойного электрического слоя (ДЭС) на углеродных электродах. Установлено, что емкость ДЭС возрастает с увеличением концентрации соли, что связано с уменьшением дебаевской длины и более плотной упаковкой ионов у поверхности электрода.

1. Оптимизирован метод синтеза MOF. Были апробированы сольвотермический, термический и гидротермальный методы, а также метод соосаждения. Установлено, что для получения целевой структуры MOF-74 (Mn₂(DSBDC)) наиболее эффективным является гидротермальный метод при температуре 120 °C.
2. Проведен физико-химический анализ синтезированных материалов. Методом рентгенофазового анализа (РФА) подтверждено полное соответствие полученной структуры целевой фазе Mn₂(DSBDC). Термогравиметрический анализ (ТГА) показал высокую термическую стабильность образца вплоть до 228 °C.
3. Изготовлены и протестированы анодные материалы. На основе синтезированных MOF (MgMOF-74, ZnMOF-74, CuMOF-74) были созданы электродные материалы. Наилучшие электрохимические характеристики продемонстрировал анод на основе ZnMOF-74, практическая емкость которого на 5-м цикле заряда/разряда составила 180 мАч/г.
4. Определен механизм накопления заряда. Анализ кривых заряда/разряда показал, что в разработанных материалах реализуется смешанный механизм накопления заряда, включающий как фарадеевский (интеркаляционный), так и нефарадеевский (емкостной) процессы.