Подведены итоги конкурса на получение грантов Российского научного фонда для прикладных научных исследований в рамках национального проекта «Новые материалы и химия». Среди победителей — проект Софьи Морозовой, заведующей лабораторией технологий ионообменных мембран Института электродвижения МФТИ.
Софья Морозова, заведующая лабораторией технологий ионообменных мембран Института электродвижения МФТИ
Размер одного гранта фонда, в зависимости от проекта, составит до 30 миллионов рублей ежегодно. Одобренные проекты направлены на разработку передовых материалов для литий-ионных аккумуляторов (электролитов, полимерных связующих и сепараторов), каталитических систем для получения ценных органических продуктов, технологий микротоннажного производства фоторезистов для микроэлектроники. Результаты исследований должны создать научный задел для получения материалов и разработки технологии для промышленного использования.
Проект Софьи Морозовой направлен на разработку технологии специализированных полимерных связующих для производства кремний-содержащих отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов. Работы софинансированы с АО «Металион».
Кремний, как анодный материал, обладает в 10 раз большей удельной емкостью по сравнению с искусственным графитом, который сегодня используют в литий-ионных аккумуляторах. Однако практическое внедрение кремния в массовое производство по большому счету только начинается. Основное затруднение связано с быстрой деградацией материала в ходе циклов заряда и разряда из-за большого линейного расширения и сжатия, приводящих к механическому разрушению частиц. По этой причине в качестве анодных материалов применяют главным образом не чистый кремний, а композитные кремний-графитовые материалы, которые имеют емкость порядка 2000 мАч/г, против 360 мАч/г у искусственного графита.
«Применение таких композитов позволяет повысить удельную энергию аккумуляторов с современных 270 Втч/кг до 320–350 Втч/кг и более, а это и значительное увеличение пробега электромобилей, и продление времени автономной работы смартфонов, ноутбуков, робототехники. Важно, что такое увеличение емкости аккумуляторов при переходе с графита на кремнийсодержащие материалы достижимо без существенного изменения технологии массового производства, нужно лишь стабилизировать кремниевые частицы с помощью комбинации вспомогательных компонентов литий-ионного аккумулятора, главным из которых в этой связи является полимерное связующее»,— прокомментировал Валерий Кривецкий, заведующий лабораторией инженерии и технологий химических источников тока МФТИ.
Развитие этой технологии позволит повысить удельную энергию аккумуляторов примерно на 30% по сравнению с классическими системами с графитом в качестве анодного материала, но для ее реализации необходимо найти решения, нивелирующие быструю деградацию кремния в ходе циклов заряда и разряда.
«В рамках проекта мы разработаем технологию получения новых полимерных связующих, которые критически важны для стабилизации емкостных характеристик аккумуляторов в ходе многочисленных циклов заряд-разряд. Решение этой технической задачи требует комплексного подхода, сочетающего фундаментальную и прикладную науку. Полимерному связующему отводится наиболее важная роль в стабилизации, которая должна обеспечить, с одной стороны, механическое блокирование линейного расширения кремниевой фазы на стадии литирования, с другой — обеспечивать эластичность анодной массы»,— подчеркнула Софья Морозова.
Мы поздравляем ученых МФТИ с заслуженной победой! Впереди большая и плодотворная работа.
