The object of research, development or design (in Russian) : Объектом исследования является высокопористый электродный материал для ванадиевых проточных батарей, получаемый на основе нанотрубок диоксида титана (TiNT), модифицированных углеродом и допированных азотом.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу нысаны - көміртекпен модификацияланған және азотпен легирленген титан диоксиді нанотүтікшелері (TiNT) негізінде алынған ванадий ағынды батареяларына арналған жоғары кеуекті электрод материалы.

Aim of work (in Russian) : Цель проекта является получение пористых электродов с высокой удельной поверхностью с помощью синтеза нанотрубок диоксида титана (TiNT) и углеродного материала (С), с дальнейшим N-допированием для применения в ванадиевых проточных батареях.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты - титан диоксиді нанотүтікшелерін (TiNT) және көміртекті материалды (C) синтездеу арқылы жоғары меншікті беттік ауданы бар кеуекті электродтарды алу, кейіннен ванадий ағынды батареяларда пайдалану үшін N-легирлеу.

Методы исследования (на русском) : В работе применяются экспериментальные методы синтеза и анализа материалов. Нанотрубки TiO₂ получают гидротермальным методом в автоклаве. Модификация TiNT проводится методом механоактивации в жидкой среде с введением углеродного материала и допированием азотом. Электрод формируется ракельным методом нанесения суспензии на полимерный электролит. Физико-химические характеристики исследуются методами СЭМ, ПЭМ, РСА, БЭТ и CHNS-анализа. Электрохимические свойства определяются с использованием тестовой установки ванадиевых проточных батарей.

Методы исследования (на казахском) : Зерттеуде материалдарды синтездеу және талдау үшін эксперименттік әдістер қолданылады. TiO₂ нанотүтікшелері автоклавта гидротермиялық синтез арқылы алынады. TiNT модификациясы көміртекті материалды енгізу және азот қоспасын қосу арқылы сұйық ортада механикалық белсендіру арқылы жүзеге асырылады. Электрод полимер электролитіне суспензияны дәрігерлік пышақ көмегімен қолдану арқылы жасалады. Физика-химиялық сипаттамалары SEM, TEM, рентгендік дифракция, BET және CHNS талдауы арқылы зерттеледі. Электрохимиялық қасиеттер ванадий ағынды батареяны сынау қондырғысын пайдаланып анықталады.

Obtained results and novelty (in Russian) : Экспериментально подтверждена методика гидротермального синтеза нанотрубчатого TiO2, обеспечивающая формирование высокоупорядоченных структур с контролируемыми параметрами. Установлено, что обработка мезопористого TiO2 в 10М NaOH при 140°C в течение 16 ч приводит к образованию нанотрубок длиной 2-3 мкм и диаметром порядка 80нм с анатазной кристаллической фазой. Рентгено- и электронно-микроскопические исследования подтвердили высокую чистоту, гладкость стенок и отсутствие дефектов. Полученные структуры характеризуются удельной поверхностью 80-100 м²/г и термической стабильностью, что делает их перспективной основой для композитных электродов. Научная новизна заключается в определении оптимальных условий гидротермального синтеза, обеспечивающих воспроизводимое формирование TiO2-нанотрубок с заданной морфологией и высокой кристалличностью. Впервые предложено использование таких структур в качестве подложки для создания композитов TiNT/C и N–TiNT/C, обладающих улучшенной электропроводностью и каталитической активностью в реакциях VO2+/VO2+ для ванадиевых проточных батарей.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Бақыланатын параметрлері бар жоғары реттелген құрылымдарды қалыптастыруға мүмкіндік беретін нанотүтікше TiO2 гидротермиялық синтездеу әдісі эксперименталды түрде тексерілді. Мезокеуекті TiO2-ні 10 М NaOH-та 140°C температурада 16 сағат бойы өңдеу анатаз кристалды фазасы бар ұзындығы 2-3 мкм және диаметрі шамамен 80 нм болатын нанотүтікшелердің пайда болуына әкелетіні анықталды. Рентгендік және электронды микроскопиялық зерттеулер жоғары тазалықты, тегіс қабырғаларды және ақаулардың жоқтығын растады. Алынған құрылымдар 80-100 м²/г нақты беткі ауданымен және термиялық тұрақтылықпен сипатталады, бұл оларды композиттік электродтар үшін перспективалы негізге айналдырады. Ғылыми жаңалық TiO2 нанотүтікшелерінің көрсетілген морфологиясы мен жоғары кристалдылығымен қайталанатын түзілуін қамтамасыз ететін оңтайлы гидротермиялық синтез жағдайларын анықтауда жатыр. Ванадий ағынды батареялары үшін VO2+/VO2+ реакцияларында электр өткізгіштігі мен каталитикалық белсенділігі жақсартылған TiNT/C және N–TiNT/C композиттерін жасау үшін осындай құрылымдарды субстрат ретінде пайдалану алғаш рет ұсынылды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В ходе реализации проекта планируется получение высокопористого N-допированного композиционного электрода TiNT/C–N с высокой удельной поверхностью и пористостью порядка 30-50 %. Толщина нанесённого электродного слоя составит 50–500 мкм в зависимости от параметров суспензии и метода нанесения. Проект характеризуется низкой себестоимостью производства за счёт использования доступных исходных материалов (TiO₂, carbon black, NH₃·H₂O) и стандартного лабораторного оборудования. Ожидаемая энергоэффективность электродов при интеграции в ВПБ составит не менее 70 %, что обеспечивает экономическую целесообразность и возможность дальнейшей масштабной реализации технологии.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба жоғары меншікті беткі ауданы және шамамен 30-50% кеуектілігі бар жоғары кеуекті N-легирленген TiNT/C–N композиттік электродын өндіруге бағытталған. Қолданылатын электрод қабатының қалыңдығы суспензия параметрлеріне және қолдану әдісіне байланысты 50-500 мкм құрайды. Жоба оңай қолжетімді бастапқы материалдарды (TiO₂, көміртегі қара, NH₃H₂O) және стандартты зертханалық жабдықтарды пайдалануға байланысты төмен өндіріс шығындарымен сипатталады. VPB-ге біріктірілген кезде электродтардың күтілетін энергия тиімділігі кемінде 70% құрайды, бұл экономикалық орындылықты және технологияны одан әрі кең көлемде енгізу мүмкіндігін қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : Результаты исследований находятся на стадии экспериментальных лабораторных работ. Разработанная технология получения и нанесения N-допированного композиционного электрода TiNT/C-N может быть внедрена в лабораторные и опытно-промышленные установки ванадиевых проточных батарей. Планируется использование полученных электродов в составе тестовых ячеек ВПБ.

Level of implementation (in Kazakh) : Зерттеу нәтижелері қазіргі уақытта эксперименттік зертханалық сатысында. N-легирленген TiNT/C-N композиттік электродын алу және тұндыру үшін жасалған технология зертханалық және пилоттық масштабтағы ванадий ағынды батарея қондырғыларында енгізілуі мүмкін. Алынған электродтарды VPB сынақ ұяшықтарында пайдалану жоспарлануда.

Efficiency (in Russian) : Ожидается, что реализация проекта обеспечит повышение энергоэффективности ванадиевых проточных батарей до 80% за счёт применения разработанных N-допированных электродов TiNT/C–N. Использование нового материала позволит снизить внутренние потери, увеличить скорость электрохимических реакций и долговечность элементов. Технология характеризуется низкой себестоимостью, экологической безопасностью и возможностью масштабирования. Полученные результаты создают предпосылки для частичного импортозамещения в области материалов для систем хранения энергии и могут быть использованы при разработке отечественных модулей ВПБ для интеграции с объектами возобновляемой энергетики.

Efficiency (in Kazakh) : Жоба әзірленген N-легирленген TiNT/C–N электродтарын пайдалану арқылы ванадий ағынды батареяларының энергия тиімділігін 80%-ға дейін арттырады деп күтілуде. Бұл жаңа материалды пайдалану ішкі шығындарды азайтады, электрохимиялық реакциялар жылдамдығын арттырады және жасушалардың қызмет ету мерзімін ұзартады. Технология төмен құнымен, экологиялық қауіпсіздігімен және масштабталуымен сипатталады. Алынған нәтижелер энергия сақтау жүйелеріне арналған материалдар саласында ішінара импортты алмастыру үшін жол ашады және жаңартылатын энергия көздері қондырғыларымен интеграциялау үшін отандық өндірістегі VPB модульдерін әзірлеуде қолданылуы мүмкін.

Field of application (in Russian) : Результаты исследований и разработанный композиционный электрод TiNT/C–N предназначены для применения в проточных ванадиевых батареях в составе анодных и катодных модулей. Область практического использования включает: – системы накопления энергии для солнечных и ветровых электростанций; – резервное энергоснабжение промышленных и энергетических объектов; – лабораторные и опытно-промышленные установки по испытанию электродных материалов; – научно-исследовательские работы в области электрохимии и материаловедения. Технология может быть адаптирована для разработки высокоэффективных электродов в других типах редокс-батарей и электрохимических накопителей энергии.

Field of application (in Kazakh) : Зерттеу нәтижелері және әзірленген TiNT/C–N композиттік электроды ванадий ағынды батареяларында анод және катод модульдерінің бөлігі ретінде пайдалануға арналған. Практикалық қолданылуына мыналар кіреді: – Күн және жел электр станцияларына арналған энергия сақтау жүйелері; – Өнеркәсіптік және энергетикалық нысандарға арналған резервтік қуат көзі; – Электрод материалдарын сынауға арналған зертханалық және тәжірибелік қондырғылар; – Электрохимия және материалтану саласындағы зерттеулер мен әзірлемелер. Технологияны басқа тотығу-тотықсыздану батареялары мен электрохимиялық энергия сақтау құрылғыларында жоғары тиімді электродтарды әзірлеуге бейімдеуге болады.