Разработка новых катодных материалов на основе оксидов ванадия.

Был проведен анализ новейшей научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов по теме проекта; были проведены подготовительные работы к получению и анализу образцов, в том числе, оптимизация режимов получения изополиванадиевых кислот при анионитной обработке, выбор режимов вакуумной и криохимической сушки гелей, определение условий гидротермальной обработки; были проведены предварительные патентные исследования.
В литературном обзоре подробно рассмотрены особенности материалов положительных электродов литий-ионных аккумуляторов, обсуждены структурные типы и методы получения различных оксидов ванадия, приведены данные об обменных свойствах оксидов ванадия, обстоятельно рассмотрены электрохимические свойства оксидов ванадия в процессах внедрения и экстракции лития, рассмотрены также различные композитные материалы на основе оксидов ванадия. Отдельно выделен обзор материалов конференций по использованию оксидов ванадия в литий-ионных аккумуляторах.
В процессе проведения подготовительных работ был уточнен диапазон оптимальных условий получения образцов на основе оксидов ванадия (были оптимизированы режимы получения изополиванадиевых кислот при анионитной обработке, выбраны режимы вакуумной и криохимической сушки гелей, определены условия гидротермальной сушки). Был проведен первый этап патентного поиска. Материалы, приведенные в литературном обзоре, а также результаты собственных предварительных исследований позволили обосновать выбранное направление исследований, а также послужили основой для сопоставления ожидаемых показателей новой продукции с показателями изделий-аналогов. Сделан вывод о том, что принципиальные технические показатели новой продукции, технология которой может быть разработана на основе результатов настоящего проекта, будут заметно превышать показатели изделий-аналогов.

Изготовлены контрольные образцы ксерогелей, нанотрубок и гибридных органо-неорганических материалов (молекулярных бронз) с участием органических темплатов-ПАВ, проводящих полимеров (полианилин и др.), комплексов с переносом заряда (производные бензидина, тетратиофульвалена) на основе оксидов ванадия с использованием подходов «мягкой химии» (ионный обмен, золь-гель технология, криохимическая сушка, гидротермальный синтез). Проведены первичные измерения физико-химических (термический анализ, измерение площади поверхности, исследования с помощью просвечивающей и растровой электронной микроскопии с микроанализом) и структурных характеристик (инфракрасная спектроскопия, Раман-спектроскопия, рентгенофазовый анализ) контрольных образцов. Проведены исследования электрохимического поведения контрольных образцов в процессах внедрения и экстракции лития; получены первичные данные о локальной структуре образцов методами Мессбауэровской спектроскопии и анализа тонкой структуры полосы поглощения рентгеновских лучей (EXAFS). Сформулирована перспективная методика получения образцов для дальнейших исследований. Разработана лабораторная технология изготовления отрицательных электродов, предназначенных для работы с положительными электродами на основе оксидов ванадия. Составлен аналитический обзор по гибким и планарным литий-ионным аккумуляторам.

Разработана лабораторная технология изготовления микропористых композитов поливанадатов, модифицированных органическими компонентами; изготовлены штатные образцы различных наноструктурированных материалов на основе оксидов ванадия; разработаны основы технологии изготовления электродов с активными материалами на основе полученных наноматериалов; проведены патентные.

Проведено комплексное исследование электрохимических характеристик наносистем в стационарных процессах внедрения и экстракции лития. Проведены исследования нестационарных процессов внедрения и экстракции лития различными релаксационными методами. Разработаны физико-химической модели процессов, происходящих при интеркаляции и экстракции лития, полуколичественная оценка параметров модели на основе комплекса полученных данных.