Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Поддержанный проект включает в себя три основных направления: 1) химическое конструирование слоистых силикатных соединений; 2) создание полимерных и гибридных мембранных материалов; 3) оптимизация полученных материалов для работы в качестве сепараторов в составе литий-ионных аккумуляторов. В 2025 году в рамках первого направления проведено исследование формирования слоистых силикатов со структурой хризотила в широком временном интервале (до 1 месяца) в «мягких» (200 °С) гидротермальных условиях. С помощью интегральных методов характеризации (рентгеновская дифракция, адсорбционно-структурный анализ) прослежена эволюция кристаллической структуры, размеров кристаллитов, размеров пор, определено время начала массового образования наносвитков при данных условиях гидротермального процесса. Ряд синтетических экспериментов по гидротермальному синтезу, проведённому в условиях постоянного перемешивания, выявил возможное влияние гидродинамических условий в автоклаве на формирование слоистых силикатов, что важно с точки зрения масштабирования процесса их получения. Учитывая полученные данные, был наработан образец для модификации полимерных сепараторов. Отдельное внимание было уделено особенностям получения Li-Fe-содержащих силикатов со структурой монтмориллонита. С помощью дифракционных и спектроскопических методов были оценены концентрационные пределы вхождения ионов Fe(3+) в кристаллическую структуру силиката. Был выявлен сложный характер распределения катионов железа по кристаллографическим позициям, а также катионов лития – в межслоевом пространстве и октаэдрическом подслое. В рамках второго направления методом электропрядения была получена серия нетканых материалов на основе неплавкого полиимида из пиромеллитового диангидрида и 4, 4’-диаминодифенилового эфира. С помощью процедуры каландрирования при заданной температуре удалось управлять микроструктурой, механическими и транспортными характеристиками нетканых материалов на основе полиимида. Нагрев в интервале 150–160°C позволил достичь оптимального баланса между уплотнением структуры за счёт спекания волокон и сохранением их целостности. Прочность на разрыв при этом возрастала с 25 до около 80 МПа при одновременном увеличении предельной деформации и модуля упругости. Помимо этого, методом погружения в суспензию и с помощью намазной технологии были созданы гибридные (композитные) орган-неорганические сепараторы на основе коммерческой полипропиленовой мембраны, полимерного связующего и синтетических частиц гидросиликатов со структурой хризотила. В случае использования намазной технологии функциональное покрытие придавало поверхности сепаратора гидрофильность, увеличивало прочность на растяжение более чем на 30 МПа и удлинение при разрыве на 17% при одновременном положительном снижении величины термоусадки. В рамках третьего направления в 2025 году основной внимание было уделено электрохимическим характеристикам гибридного сепаратора. Результаты определения ионной проводимости показали, что при высоком массовом содержании частиц гидросиликатов покрытие практически не снижает ионную проводимость сепаратора за счёт высоких пористости и удельной площади поверхности частиц. Согласно результатам линейной вольтамперометрии, полученное покрытие обладает достаточной электрохимической стабильностью для использования в литий-ионных аккумуляторах вплоть до напряжения 4.3 В. Композитный сепаратор обеспечил более равномерное распределение ионов лития по поверхности анода и лучшую устойчивость к образованию литиевых дендритов. Дисковые макеты Li/LiCoO2 с композитным сепаратором продемонстрировали превосходную стабильность при циклировании, сохранив 88% начальной ёмкости после 100 циклов по сравнению с 73% у аккумуляторов с немодифицированным полипропиленовым сепаратором.