Разработка гибких и безопасных литий-ионных аккумуляторов нового поколения.

Разработка гибких и безопасных литий-ионных аккумуляторов нового поколения.

ИРН: AP08855889

Актуальность

В последние годы гибкие и безопасные литий-ионные аккумуляторы стали областью интенсивных исследований в качестве перспективного источника питания для будущей гибкой и носимой электроники. Несмотря на то, что в литературе имеется много работ по твердотельным аккумуляторам, их практическое применение все еще затруднено. Существует необходимость в разработке гибкихи полностью твердотельных аккумуляторов с высокоэффективными гибкими электродами, которые сочетаются с электролитами без растворителей. В этом проекте был предложен ряд альтернативных материалов для применения в гибких литий-ионных аккумуляторах (ЛИА). Гибкие нановолокнистые электроды, механически стойкие твердые игелевые полимерные электролиты направленыдля разработки с помощьюметодов, таких как электроспиннинг, УФ-фотополимеризация и УФ-сшивание. 

Цели

Целью проекта является разработка гибких компонентов, а именно нановолокнистых электродов и твердых/гелевых полимерных электролитов для твердотельных литий-ионных аккумуляторов для питания гибкой и носимой электроники. Проект направлен на получение механически прочных полимерных электролитов с улучшенной ионной проводимостью при комнатной температуре и в сочетании с пористым электродом.

Ожидаемые результаты

1) Будут разработаны и исследованы инновационные и высокоэффективные гибкие электроды и ионопроводящие полимерные электролиты для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Будут разработаны отдельно стоящие прозрачные твердые полимерные электролиты (ТПЭ) с улучшенной ионной проводимостью (~10^-6 S cm^-1) при более низких температурах по сравнению с обычными ТПЭ на основе полиэтилен оксида (ПЭО) (10^-8, ~10^-7 S cm^-1) и установлены оптимальные условия. Будут достигнуты наноструктурированные гибкие компоненты с хорошей механической и электрохимической стабильностью.

2) Результаты исследований по синтезу и характеристике материалов будут опубликованы в ведущих международных рецензируемых журналах редакций, таких как Elsevier, International Electrochem. Society.

- не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, входящих в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартили в базе Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти);

- а также не менее 1 (одной) статьи в рецензируемом зарубежном и (или) отечественном издании с ненулевым импакт-фактором (рекомендованном КОКСОН)

- также результаты будут представлены на международных конференциях.

3) Гибкие и носимые устройства, как ожидается, станут следующим этапом технического прогресса, который в конечном итоге потребует большой емкости и гибких батарей в качестве источника энергии. Поэтому разработка передовых аккумуляторных материалов приведет к высокотехнологичному развитию за счет использования инновационных, безопасных и надежных систем хранения энергии. В результате проекта будут созданы новые экономически полезные технологии, способствующие эффективному и экологическому использованию природных ресурсов Казахстана. Этот проект позволит предотвратить проникновение на казахстанский рынок небезопасных, низкокачественных и дорогостоящих аккумуляторов, обеспечив возможность местного производства более безопасных и современных аккумуляторов. Высокая плотность энергии и гибкость предлагаемых новых батарей обеспечат безопасные и надежные батареи для различных применений - от малой электроники для медицинских и других применений до космического использования, повышая энергетическую независимость и гибкость нашего общества.

4) Установление международного сотрудничества с партнерами позволит привнести в Казахстан новый опыт как в области науки, так и в области образования молодых специалистов.

5) Потенциальными пользователями результатов проекта станут производители высокотехнологичной электроники и умных устройств.

Были получены следующие результаты:

В результате выполнения работ, были получены следующие результаты: наноразмерные порошки LiFePO₄ были получены методом электроспиннинга и порошки графита с измельчением с изпользованием шаровой мельницы; серии гибких пленок твердого полимерного электролита с a-PDMS были успешно получены и исследованы с помощью УФ-сшивки; также, были получены сшитые нановолокна из модифицированного лигнина для гелевого полимерного электролита методом УФ-электроспиннинга; предварительно сконструирована газовая система обнаружения токсичных веществ в аккумуляторных ячейках при тепловом разгоне литий-ионных аккумуляторов на базе Arduino.

Совместная работа ведется с Университетом Мармара (Стамбул, Турция) и Университетом Гази (Анкара, Турция).

По результатам исследования опубликованы 1 научная статья и 1 обзорная статья в научных рецензируемых журналах (Q1), индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus с ненулевым импакт-фактором.

• Sandugash Kalybekkyzy, Al-Farabi Kopzhassar, Memet Vezir Kahraman, Almagul Mentbayeva, Zhumabay Bakenov, Fabrication of UV-Crosslinked Flexible Solid Polymer Electrolyte with PDMS for Li-Ion Batteries/ Polymers (2021), 13(1). IF = 3.42; Q1, https://doi.org/10.3390/polym13010015
• Nurbol Tolganbek, Sandugash Kalybekkyzy, Yerkezhan Yerkinbekova, Zhumabay Bakenov, Almagul Mentbayeva, Current state of high voltage olivine structured LiMPO4 cathode materials for energy storage applications: A review, Journal of Alloys and Compounds (2021), 160774. IF = 4.650; Q1 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160774

ИРН: AP08855889

Наименование на казахском языке:        Иілгіш және қауіпсіз жаңа литий-ион батареяларын зерттеу және дамыту.

Наименование на русском языке: Разработка гибких и безопасных литий-ионных аккумуляторов нового поколения.

Наименование на английском языке: Development of Flexible and Safe Next-Generation Li-Ion Batteries.

Список исполнителей