The object of research, development or design (in Russian) : Объектами исследования являются трехмерные пористые структуры - аэрогели на основе оксида графена и MXene, служащие в качестве композитной матрицы для иммобилизации серы и формирования катодного материала, а также функциональными материалами для модификации сепаратора с целью улучшения электрохимических характеристик литий-серных батарей и стабильности их работы при циклической зарядке/разрядке

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу объектілері үш өлшемді кеуекті құрылымдар – графен оксиді мен MXene негізіндегі аэрогельдер, олар күкіртті иммобилизациялау және катодтық материалды қалыптастыру үшін композиттік матрица қызметін атқарады, сондай-ақ литий-күкіртті аккумуляторлардың электрохимиялық сипаттамаларын және циклдік зарядтау/разрядтау кезінде олардың жұмысының тұрақтылығын жақсарту мақсатында сепараторды түрлендіруге арналған функционалдық материалдар ретінде қызмет етеді

Aim of work (in Russian) : Целью проекта является разработка и исследование различных электропроводящих матриц с высокой удельной площадью поверхности и пористостью на основе графеновых аэрогелей и их композитов с Mxene для их применения в качестве основы для серных катодов и модификаторов сепаратора с целью улучшения электрохимических характеристик и продолжительности работы литий-серных батарей.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты күкіртті катод пен сепаратор модификаторы үшін графен аэрогельдері және оның MXene-мен қосындысы негізіндегі жоғары электрөткізгіштікке ие, беттік ауданы жоғары және кеуектілігі жоғары матрицаларды зерттеу және дамыту. Сонымен қатар, литий-күкірт аккумуляторларының элекрхимиялық жұмыс жасау тұрақтылығын жақсарту және қызмет ету мерзімін ұзарту.

Методы исследования (на русском) : Сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, энергодисперсионная спектроскопия, рентгенодифракционный анализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, ИК-спектроскопия, Раман-спектроскопия, термогравиметрический анализ, циклическая вольтамперометрия, зарядно-разрядная циклируемость, низкотемпературная сорбция-десорбция азота по модели БЭТ, электроимпедансная спектроскопия, УФ-спектроскопия

Методы исследования (на казахском) : Сканерлеуші электронды микроскопия, трансмиссиялық электронды микроскопия, энергия-дисперсиялық спектроскопия, рентгендік дифракциялық талдау, рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия, ИҚ-спектроскопия, Раман-спектроскопия, термогравиметриялық талдау, циклдік вольтамперометрия, заряд-разряд циклдері, төмен температуралы сорбция бойынша БЭТ моделі, электроимпеданстық спектроскопия, УК-спектроскопия

Obtained results and novelty (in Russian) : Были разработаны композитные аэрогели на основе графеновых аэрогелей и MXene, которые служили пористыми электропроводящими матрицами для формирования серных катодов и модификации сепаратора литий-серных батарей. Новизна проекта заключается в использовании новейших материалов (оксид графена и MXene) с превосходными свойствами для получения композитных катодов литий-серных батарей, синергетический эффект которых заключается в создании трехмерной пористой проводящей матрицы для осаждения серы (графеновые аэрогели) и формировании полярных участков на ее поверхности для химической адсорбции продуктов серы (MXene). Более того, часть проекта посвящена модификации сепаратора углеродными материалами и MXene, что в совокупности позволило получить батареи с высокой емкостью, 100% Кулоновской эффективностью и стабильностью работы при многочисленных циклах заряда/разряда при различных скоростях (от 0,1С до 2С).

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Графен аэрогельдері мен MXene негізіндегі композициялық аэрогельдер күкірт катодтарын қалыптастыру және литий-күкірт батареяларының сепараторын модификациялау үшін кеуекті электр өткізгіш матрица ретінде әзірленді. Жобаның жаңалығы литий-күкірт аккумуляторларының композициялық катодтарын алу үшін керемет қасиеттерге ие жаңа материалдарды (графен оксиді және MXene) пайдалануда. Бұл материалдардың синергетикалық әсері күкіртті тұндыру үшін үш өлшемді кеуекті өткізгіш матрицаны (графен аэрогельдері) құру және күкірт өнімдерінің химиялық адсорбциясы үшін MXene-нің бетінде полярлық аймақтардың пайда болуымен ерекшеленеді. Сонымен қатар, жобаның бір бөлігі ретінде сепараторды көміртекті материалдар және MXene арқылы модификациялау көзделген, бұл жоғары сыйымдылықты, 100% кулондық тиімділікті және түрлі ток жылдамдықтарында (0,1С-ден 2С-қа дейін) тұрақты жұмыс істеу қабілеті бар батареяларды жасауға мүмкіндік берді

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Начальная разрядная ёмкость составила 1643 мАч/г, и после 100 циклов ячейка сохранила ёмкость на уровне 1034 мАч/г. При плотности тока 0,1 C начальная разрядная ёмкость составила 1586 мАч/г, что соответствует близкому к теоретическому значению для ЛСА. По мере увеличения плотности тока, ёмкость постепенно уменьшалась: при 0,2 C она составила 1248 мАч/г, при 0,5 C - 1103 мАч/г, при 1 C - 978 мАч/г, а при 2 C - 811 мАч/г. После циклирования ячеек при различных плотностях тока, когда нагрузка вернулась к начальному значению (0,1 C), ячейка с композитным сепаратором ГА/MXene смогла восстановить свою разрядную ёмкость до 1311 мАч/г. Также были исследованы циклические заряд-разрядные характеристики ячейки с катодом на основе ГА@S и сепаратором, модифицированным композитом ГА/MXene, при длительном циклировании при плотности тока 1 С. Начальная разрядная емкость данной ячейки составила порядка 877 мАч/г. По прошествии 730 циклов заряда-разряда разрядная емкость постепенно снижалась и составила 424 мАч/г

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Бастапқы разрядтық сыйымдылығы 1643 мАсағ/г болды, ал 100 циклден кейін ұяшық 1034 мАсағ/г сыйымдылығын сақтап қалды. Ток тығыздығы 0,1 С кезінде бастапқы разрядтық сыйымдылық 1586 мАсағ/г құрады, бұл ЛСБ үшін теориялық мәнге жақын. Ток тығыздығы артқан сайын, сыйымдылық біртіндеп төмендеді: 0,2 С кезінде 1248 мАсағ/г, 0,5 С кезінде — 1103 мАсағ/г, 1 С кезінде — 978 мАсағ/г, ал 2 С кезінде — 811 мАсағ/г болды. Әртүрлі ток тығыздығында циклдеуден кейін, жүктеме бастапқы мәнге (0,1 C) оралғанда, ГА/MXene композиттік сепараторы бар ұяшық разрядтық сыйымдылығын 1311 мАсағ/г дейін қалпына келтіре алды. ГА@S негізіндегі катоды және ГА/MXene композитімен модификацияланған сепараторы бар ұяшықтың циклдік заряд-разряд сипаттамалары ұзақ мерзімді циклде 1 С ток тығыздығы кезінде де зерттелді. Бұл ұяшықтың бастапқы разрядтық сыйымдылығы шамамен 877 мАсағ/г болды. 730 заряд-разряд циклінен кейін разрядтық сыйымдылық біртіндеп төмендеп, 424 мАсағ/г құрады

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено. Получен патент на полезную модель №9054 «Способ получения модифицированного сепаратора для литий-серных аккумуляторов»

Level of implementation (in Kazakh) : Орындалмаған. Пайдалы модель патенті № 9054 «Литий-күкіртті аккумуляторлар үшін модификацияланған сепараторды өндіру тәсілі» алынды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность заключается в получении композита на основе графенового аэрогеля с MXene, который может служить в качестве проводящей пористой матрицы для формирования серных катодов, а также для модификации сепаратора литий-серных батарей. Синергетический эффект физического взаимодействия (графеновый аэрогель) и химического улавливания (MXene) с серой и продуктами ее разряда значительно увеличивают емкость аккумулятора и стабильность его работы при длительном зарядөразрядном циклировании. В частности, начальная разрядная емкость разработанной литий-серной батарем составила порядка 877 мАч/г. По прошествии 730 циклов заряда-разряда разрядная емкость постепенно снижалась и составила 424 мАч/г при высокой плотности тока 1 С, что сопоставимо с лучшими зарубежными аналогами.

Efficiency (in Kazakh) : Тиімділік MXene қосылған графен аэрогелі негізінде композит алуында, ол күкірт катодтарын қалыптастыру үшін өткізгіш кеуекті матрица ретінде, сондай-ақ литий-күкірт аккумуляторларының сепараторын модификациялау үшін қолданылады. Графен аэрогелінің күкіртпен физикалық өзара әрекеттесуінің және разряд өнімдерін MXene арқылы химиялық улавлаудың синергетикалық әсері аккумулятордың сыйымдылығы мен оның ұзақ мерзімді зарядтау-разряд циклдері кезіндегі жұмыс тұрақтылығын айтарлықтай арттырады. Атап айтқанда, әзірленген литий-күкірт аккумуляторының бастапқы разрядтық сыйымдылығы шамамен 877 мАч/г құрады. 730 зарядтау-разряд циклінен кейін разрядтық сыйымдылық бірте-бірте төмендеп, 1 С ток тығыздығы кезінде 424 мАч/г-қа жетті, бұл үздік шетелдік аналогтармен салыстыруға болады

Field of application (in Russian) : Целевыми потребителями литий-серных батарей является население РК и различные отрасли, активно использующие системы хранения энергии. Максимальное приближение к значениям теоретической емкости 1675 мАч/г и удельной плотности энергии 2600 Втч/кг позволит заменить использование дорогих и небезопасных литий-ионных батарей литий-серными с их потенциальным применением в от малых гаджетах и портативной технике, вплоть до электромобилей, ветряных и солнечных электростанций и других крупных объектов.

Field of application (in Kazakh) : 1675 мАсағ/г теориялық қуат пен 2600 Вт/кг меншікті энергия тығыздығына максималды жақындату қымбат және қауіпті литий-ионды батареяларды литий-күкіртті батареялармен алмастыруға мүмкіндік береді, сонда оларды шағын гаджеттерде және портативті жабдықтарда қолдану мүмкіндігімен қатар,электр көліктеріне, жел және күн электр станцияларына және басқа да ірі нысандарға дейін қолдану мүмкіндігі туады