The object of research, development or design (in Russian) : Электрохимические системы накопления энергии с высокой энергоемкостью на основе композитов полианионных катодов и анодов на основе Ge с углеродными нановолокнами

The object of research, development or design (in Kazakh) : Полианион катодтар мен Ge негізіндегі анодтардың наноталшықты көміртегімен композиттерінің негізіндегі энергия сыйымдылығы жоғары электрохимиялық энергия сақтау жүйелері

Aim of work (in Russian) : Разработка нановолокнистых полианионных катодов и легированных анодных материалов на основе Ge для улучшения электрохимических свойств литий-ионных аккумуляторов как электрохимических систем хранения энергии, совместимых с альтернативными источниками энергии. Кроме того, проект направлен на получение новых фундаментальных знаний, необходимых для дальнейшей разработки подобных материалов.

Aim of work (in Kazakh) : Баламалы энергия көздерімен үйлесімді электрохимиялық энергия сақтау жүйелері ретінде литий-ионды аккумуляторлардың электрохимиялық қасиеттерін жақсарту үшін наноталшықты полианионды катодтар мен Ge негізіндегі легирленетін анод материалдарын әзірлеу. Сонымен қатар, осындай материалдарды одан әрі дамытуға қажетті жаңа іргелі білім алу да мақсат етіледі.

Методы исследования (на русском) : Кристаллические фазы образцов были идентифицированы с помощью рентгеноструктурного анализа (XRD, Miniflex, Rigaku). Химические связи и взаимодействия были анализированы с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS, NEXSA, Thermo Scientific) с монохроматическим источником Al Kα, работающим при 25 кВ и 10 мА. Структура углерода анализировали методом Рамановской спектроскопии (Raman Spectroscopy & AFM Combined System - LabRAM, Horiba). Содержание углерода, водорода и азота в конечных образцах было определено с помощью анализатора элементов (CHNS, Elementar, Vario Micro Cube). Морфология образца наблюдалось с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ, Carl Zeiss, Crossbeam 540) и энергодисперсионной спектроскопии (EDS) при 30 кВ. Микроструктура образцов была характеризована с помощью просвечивающей электронной микроскопии (TEM, JEOL JEM-1400 Plus). Электрохимические свойства образцов оценивались с использованием пуговичных батарей CR2032. Гальваностатические испытания заряда-разряда были проведены с использованием многоканальных тестеров аккумуляторов (BTS4000 Neware). Циклическая вольтаметрия и измерения спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) были выполнены с использованием потенциостата/гальваностата VMP3 (Biologic).

Методы исследования (на казахском) : Үлгілердің кристалдық фазалары рентгендік дифракциялық талдау (XRD, Miniflex, Rigaku) арқылы анықталды. Химиялық байланыстар мен молекулалардың өзара әрекеттесуі 25 кВ пен 10 мА-да істейтін монохромды Al Kα көзі қолданылған рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS, NEXSA, Thermo Scientific) көмегімен зерттелді. Көміртек құрылымы Раман спектроскопиясы арқылы талданды (Raman Spectroscopy & AFM Combined System - LabRAM, Horiba). Ал композиттердегі көміртегінің массалық үлесі элементтер талдауышы (CHNS, Elementar, Vario Micro Cube) арқылы анықталды.Үлгінің морфологиясы сканерлеуші электрондық микроскоп (СЭМ, Carl Zeiss, Crossbeam 540) және 30 кВ-тық энергетикалық дисперсиялық спектроскопия (EDS) көмегімен бақыланды. Үлгілердің микроқұрылымы трансмиссиялық электронды микроскопия (ТЭМ, JEOL JEM-1400 Plus) арқылы сипатталды. Үлгілердің электрохимиялық қасиеттері бөлме температурасында түйме тәрізді CR2032 батареялары көмегімен зерттелді. Гальваностатикалық заряд-разряд сынақтары көп арналы аккумулятор сынағыштарында (BTS4000 Neware) жүргізілді. Циклдік вольтамметрия мен электрохимиялық импеданс спектроскопиясын (EIS) өлшеу VMP3 потенциостат/гальваностат (Biologic) көмегімен орындалды.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе проекта были усовершенствованы методы получения углеродом покрытых свободностоящих нановолокнистых полианионных катодов и анодов на основе германия, а также оптимизированы параметры синтеза — концентрация раствора, молярное соотношение металлов, напряжение электроспиннинга, скорость подачи раствора, влажность, режим термообработки и атмосфера. В результате получены новые композиты с высокой электропроводностью, регулируемой пористостью и улучшенной структурной стабильностью. Комплексные физико-химические исследования подтвердили формирование упорядоченной кристаллической структуры, равномерного распределения элементов и оптимального состава. Электрохимические испытания выявили высокую удельную ёмкость, продолжительный срок службы и способность к быстрому заряду. Регулирование содержания углерода и пористости позволило снизить внутреннее сопротивление и повысить эффективность переноса заряда. Разработанные нановолокнистые катоды продемонстрировали стабильную работу при напряжении до 4,8 В, а аноды сохраняли ёмкость около 800 мА·ч/г после 300 циклов. Полученные результаты подтверждают возможность создания новых высокоэнергоёмких и стабильных материалов для литий-ионных аккумуляторов следующего поколения.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жоба нәтижесінде көміртегімен қапталған дербес наноталшықты полианионды катодтар мен германий негізіндегі анодтарды алу әдістері жетілдіріліп, синтез параметрлері (ерітінді концентрациясы, металдардың молярлық қатынасы, электроспиннинг кернеуі, ағын жылдамдығы, ылғалдылық, термиялық өңдеу режимі) оңтайландырылды. Нәтижесінде құрылымдық тұрақтылығы мен өткізгіштігі жоғары, кеуектілігі реттелген жаңа композиттер алынды. Бұл материалдардың кристалдық құрылымы, элементтік құрамы, морфологиясы және беткі қасиеттері кешенді талданды, ал электрохимиялық зерттеулер олардың жоғары меншікті энергиясыйымдылығын, ұзақ циклдік тұрақтылығын және тез зарядталу қабілетін дәлелдеді. Көміртегі құрамын және кеуектілік деңгейін басқару арқылы ішкі кедергілер азайтылып, ток өткізу тиімділігі артты. Жаңа наноталшықты катодтар литий-ионды аккумуляторларда 4.8 В дейінгі жоғары кернеуде тұрақты жұмыс істейтінін көрсетті, ал анодтар ұзақ циклдену кезінде сыйымдылығын 800 мАсағ/г деңгейінде сақтады. Бұл нәтижелер жаңа буын аккумуляторлары үшін тиімді, құрылымдық тұрғыда тұрақты және энергия тығыздығы жоғары материалдар алу мүмкіндігін айқындады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Не предусмотрено

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Қарастырылмаған

Level of implementation (in Russian) : Не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : Енгізілмеген

Efficiency (in Russian) : Разработанные углеродом покрытые полианионные катоды и аноды на основе германия продемонстрировали высокую энергоёмкость и структурную стабильность. Они обеспечивают долговечную и быструю работу литий-ионных аккумуляторов.

Efficiency (in Kazakh) : Әзірленген көміртегімен қапталған полианионды катодтар мен германий негізіндегі анодтар жоғары энергиясыйымдылық пен құрылымдық тұрақтылық көрсетті. Олар литий-ионды аккумуляторлардың ұзақмерзімді және жылдам зарядталатын жұмысын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Инжиниринг и технологии; Инженерия материалов; Химическая технология; Характеризация и испытание материалов; Высокоемкостные, гибкие системы хранения энергии для носимой и портативной электроники.

Field of application (in Kazakh) : Инжиниринг және технология, Материалдық инженерия, Химиялық технология, Материалдарды сипаттау және сынау; Сыйымдылығы жоғары, киілетін және портативті электроникаға арналған иілгіш энергия сақтау жүйелері