The object of research, development or design (in Russian) : интеркаляционный анодный материал на основе диоксида титана

The object of research, development or design (in Kazakh) : титан диоксиді негізіндегі интеркаляциялық анодты материал

Aim of work (in Russian) : синтез интеркалирующего анода для магний-ионных батарей, обеспечивающего сохранность и высокие удельные характеристики

Aim of work (in Kazakh) : магний-ионды аккумуляторларға арналған интеркаляцияланған анодтың синтезі, қауіпсіздікті және жоғары меншікті өнімділікті қамтамасыз етеді

Методы исследования (на русском) : гидротермальный синтез, метод твердофазной реакции, электрохимическое анодирование, элипсиометрия, циклическая вольтамперометрия, хронопотенциометрия, сканирующая электронная микроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, рентгено-дифракционный анализ.

Методы исследования (на казахском) : гидротермиялық синтез, қатты фазалық реакция әдісі, электрохимиялық анодтау, эллипсометрия, циклдік вольтамметрия, хронопотенциометрия, сканерлеуші электронды микроскопия, энергодисперсті рентгендік спектроскопия, рентгендік-дифракциялық талдау.

Obtained results and novelty (in Russian) : 2021 год – осуществлен синтез оксида титана с использованием нескольких методов: гидротермальный синтез, твердофазный, метод шаблона и электрохимическое анодирование титана. Подобран состав анодного материала: активный материал (75-80%), ацетиленовая сажа и связующее вещество (ПВДФ). Определены морфологические характеристики синтезированных наноструктурированных электродов. Рассчитаны кинетические параметры процессов интеркаляции и деинтеркаляции ионов магния в синтезированный анодный электрод. 2022 год – установлено влияние интеркаляции ионов магния на кристаллическую структуру, фазовый состав и морфологию анодного материала с использованием методов сканирующей электронной микроскопии, рентгено-дифракционного и рентгено-спектрального анализа. Подобраны оптимальные условия синтеза анода с варьированием концентрации электролита, скорости развертки и циклов с использованием электрохимических методов исследований. Исследованы морфологические свойства поверхности анодного материала после инеркаляции ионов магния. 2023 год – выбрана оптимальная температура термической обработки синтезированного оксида титана. Определены значения константы скорости, коэффициенты переноса заряда (α) для процессов окисления и восстановления, а также коэффициент диффузии ионов магния по результатам циклической вольтамперометрии. Проведены испытания анодного материала методом гальваностатического заряда-разряда. Определены поверхностные характеристики анода после испытаний.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : 2021 жыл – титан оксидінің синтезі бірнеше әдістерді қолдана отырып жүзеге асырылды: гидротермиялық синтез, қатты фазалық, үлгі әдісі және титанды электрохимиялық анодтау. Анодты материалдың құрамы таңдалды: белсенді материал (75-80%), ацетилен күйесі және байланыстырғыш зат (ПВДФ). Синтезделген наноқұрылымды электродтардың морфологиялық сипаттамалары анықталды. Синтезделген анод электродына магний иондарының интеркаляциясы мен деинтеркаляциясы процестерінің кинетикалық параметрлері есептелген. 2022 жыл – сканерлеуші электрондық микроскопия, рентген-дифракциялық және рентген-спектрлік талдау әдістерін пайдалана отырып, магний иондарының интеркаляциясының анодты материалдың кристалдық құрылымына, фазалық құрамына және морфологиясына әсері анықталды. Электролит концентрациясының, сканерлеу жылдамдығының және электрохимиялық зерттеу әдістерін қолдана отырып циклдардың өзгеруімен анод синтезінің оңтайлы шарттары таңдалды. Магний иондарының инеркаляциясынан кейін анодты материал бетінің морфологиялық қасиеттері зерттелді. 2023 жыл – синтезделген титан оксидін термиялық өңдеудің оңтайлы температурасы таңдалды. Жылдамдық константасының мәндері, тотығу және тотықсыздану процестері үшін зарядты тасымалдау коэффициенттері (α) және циклдік вольтамметрия нәтижелері бойынша магний иондарының диффузия коэффициенті анықталды. Анодты материалды гальваностатикалық заряд-разряд әдісімен сынау жүргізілді. Сынақтардан кейін анодтың беттік сипаттамалары анықталды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : в настоящее время развитие отрасли альтернативной энергетики становится приоритетным направлением в экономике всех индустриально развитых стран. Поэтому, во многих развитых странах основной расход производимого сырья используют для производства химических источников тока (ХИТ). В Казахстане, являющейся индустриальной страной проблема производства ХИТ весьма актуальна и исследования в этой области наиболее перспективны. На территории нашей Республики производится целый спектр товарной продукции, включающий 25 видов цветных, редких, рассеянных и благородных металлов. Усть-Каменогорский Титано-магниевый комбинат в Казахстане является одним из ведущих производителей титана и магния на территории ближнего зарубежья. Основным видом деятельности является производство высококачественной титановой губки, титановых слитков и магния для использования в авиационной промышленности и других отраслях. Однако, в нашей стране потребление химических источников тока осуществляется за счет использования зарубежных разработок. Поэтому исследования, проводимые в рамках данного проекта послужат началом развития нового для нашей страны научного направления разработки и оптимизации эффективных анодных композиций для магний-ионных преобразователей энергии на основе отечественного сырья.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : қазіргі уақытта баламалы энергетика саласын дамыту барлық индустриалды дамыған елдердің экономикасындағы басым бағытқа айналуда. Сондықтан, көптеген дамыған елдерде өндірілген шикізаттың негізгі шығыны химиялық ток көздерін (ХТК) өндіру үшін қолданылады. Индустриалды ел болып табылатын Қазақстанда ХТК өндірісінің өте өзекті мәселесі және осы саладағы зерттеулер анағұрлым перспективалы болып табылады. Біздің Республикамыздың аумағында түрлі-түсті, сирек кездесетін, шашыраңқы және асыл металдардың 25 түрін қамтитын тауарлық өнімдердің тұтас спектрі өндіріледі. Қазақстандағы Өскемен титан-магний комбинаты таяу шет елдердегі титан мен магнийдің жетекші өндірушілерінің бірі болып табылады. Негізгі қызмет авиация өнеркәсібінде және басқа салаларда пайдалану үшін жоғары сапалы титан губкасын, титан құймаларын және магнийді өндіру болып табылады. Алайда, біздің елімізде токтың химиялық көздерін тұтыну шетелдік әзірлемелерді пайдалану есебінен жүзеге асырылады. Сондықтан, осы жоба аясында жүргізілген зерттеулер біздің еліміз үшін отандық шикізат негізінде магний-ионды энергия түрлендіргіштері үшін тиімді анодты композицияларды әзірлеу мен оңтайландырудың жаңа ғылыми бағытын дамытудың бастамасы болады.

Level of implementation (in Russian) : по результатам исследований опубликована 1 статья в журнале, рекомендованном КОКСОН РК, 4 тезиса в Международной Научной Конференции, 1 статья в журнале, индексируемом в базе Scopus (69%), 1 статья находится на рецензировании в журнале, индексируемом в базе Scopus(69%).

Level of implementation (in Kazakh) : зерттеу нәтижелері бойынша ҚР КОКСОН ұсынған журналда 1 мақала, халықаралық ғылыми конференцияда 4 тезис, Scopus базасында индекстелетін журналда 1 мақала (69%) жарияланды. Scopus базасында индекстелетін журналда 1 мақала рецензиялануда (69%).

Efficiency (in Russian) : данный проект послужил началом развития нового для нашей страны научного направления разработки и оптимизации эффективных анодных композиций для магний-ионных преобразователей энергии на основе отечественного сырья. Проведение научно-исследовательских работ в рамках заявляемого проекта и разработка эффективного анодного материала с последующим практическим использованием полученных результатов позволит значительно снизить импортозависимость нашей Республики и наладить производство отечественных батарей.

Efficiency (in Kazakh) : бұл жоба біздің еліміз үшін отандық шикізат негізінде магний-ионды энергия түрлендіргіштері үшін тиімді анодты композицияларды әзірлеу мен оңтайландырудың жаңа ғылыми бағытын дамытудың бастамасы болды. Мәлімделген жоба шеңберінде ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізу және алынған нәтижелерді кейіннен практикалық пайдалана отырып, тиімді анодты материалды әзірлеу республикамыздың импортқа тәуелділігін айтарлықтай төмендетуге және отандық батареялар өндірісін жолға қоюға мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : электрохимия, электротехника, электроника, производство аккумуляторов.

Field of application (in Kazakh) : электрохимия, электротехника, электроника, аккумулятор өндірісі.