Projekta nosaukums: Hibrīda oglekļa nanocaurulīšu-Bi2Se3 anoda elektrodu cieta-elektrolīta starpfāzu slāņa optimizācija Li jonu bateriju veiktspējas palielināšanai

Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/4/20/694

Projekta īstenošanas termiņš: 01.01.2021.–30.06.2023.

Projekta kopējais finansējums, LU daļa: EUR 111 504,90,  no kura 5% jeb 5 575,25 EUR ir Latvijas Universitātes finansējums.

Projekta mērķis: Izpētīt SEI slāņa veidošanos uz hibrīdajiem CNT-Bi2Se3 anoda elektrodiem un iegūt optimālu SEI (gan dabīgi audzētiem, gan makslīgi veidotiem uz mākslīgā polimēra bāzes), kas nodrošina stabilu un ilgu Li jonu bateriju kalpošanas laiku.

Projekta rezultāti u.c. informācija par projekta īstenošanu: 3 zinātniskie raksti, kuri tiks iesniegti publicēšanai Web of Science vai SCOPUS datubāzē iekļautu žurnālu vai konferenču rakstu krājumos, kuru citēšanas indekss sasniedz vismaz 50 procentus no nozares vidējā citēšanas indeksa. 3 starptautiskas zinātniska konferences (mutisks vai stenda referāts par aktivitātes rezultātiem). 1 Latvijas patents sagatavots un iesniegts.

 

I ceturksnis (01.01.2021.–31.03.2021.)

Ir noteikti optimālie eksperimenta apstākļi, piemēram, elektroķīmiskā potenciāla logs, ciklēšanas ātrums un ciklu skaits. Tika pētīta SWCNT un Bi2Se3 anodu elektroķīmiskā uzvedība ūdens elektrolītā. Ir noteikts SEI veidošanās elektroķīmiskais potenciāls pie Bi2Se3 anoda ūdens šķīdumā. Rezultāti tika prezentēti Latvijas Universitātes 79. starptautiskajā zinātniskajā konferencē.

II ceturksnis (01.04.2021.–30.06.2021.)

Izmantojot elektroķīmiskās pretestības metodi, mēs ieguvām SEI slāņa pretestību Bi2Se3 anoda uzlādes-izlādes cikla laikā. Eksperimentālie dati ļāva ieteikt SEI slāņa veidošanās mehānismu un novērtēt tā ietekmi uz anodu elektroķīmisko uzvedību. Paraugi sagatavoti XPS analīzei. Prezentēti projekta rezultāti Eiropas Zinātnieku naktī.

III ceturksnis (01.07.2021.–30.09.2021.)

Atskaites periodā tika noteikti apstākļi ātrai un lēnai SEI slāņa veidošanai uz Bi2Se3 anoda ūdens elektrolītos. Tika arī parādīts, kā mainās anoda lādiņš un izlāde riteņbraukšanas laikā SEI slāņa ātras un lēnas veidošanās gadījumā.

Rezultāti prezentēti konferencē "Advanced Materials and Technologies 2021" 23.-27. augustā Palangā Lietuvā.

IV ceturksnis (01.10.2021.–31.12.2021.)

Atskaites periodā tika pētīta elektrodu virsmas struktūra un substrāta ietekme uz elektrodu struktūru. Tika pētīta anodu uzvedība neūdens elektrolītā. Atskaites periodā  tika veikti XRD, Ramana spektroskopijas, EDS, SEM, EIS, ilgtermiņa cikliskuma un ātruma spēju mērījumi.

V ceturksnis (01.01.2021.–31.03.2021.)

Ir pētīti SEI slāņa veidošanās modeļi uz Bi2Se3@CNT anoda. Šim nolūkam tika sagatavota LIR2032 monētu šūna ar litija metālu kā palīgelektrodu un atsauces elektrodu. Kā elektrolīts tika izmantots 1 M LiPF6 etilēna karbonāta un dietilkarbonāta maisījumā (1: 1 tilpumā). Tika veikti elektroķīmiskie pētījumi (cikliskā voltammetrija, elektroķīmiskās pretestības spektroskopija), kas ļāva noteikt potenciālu, pie kura veidojas SEI slānis, kā arī izdarīt secinājumus par tā stabilitāti. Parādīta datu lapa par dabiskā SEI slāņa veidošanos un īpašībām uz CNT-Bi2Se3 anoda virsmas.

Tiek apspriestas metodes un izvēlēti piemērotākie materiāli SEI slāņa mākslīgai veidošanai. Tiek apspriesta vara selenīda iespējamā ietekme uz SEI slāņa veidošanos. Sakarā ar to, ka vara ir elektronu afinitāte, tā klātbūtne var pozitīvi ietekmēt anoda īpašības.

Atskaites periodā rezultāti prezentēti Latvijas Universitātes 80. starptautiskajā zinātniskajā konferencē. Manuskripts kas satur datus par SEI slāņa veidošanos, ir nosūtīts iespiešanai.

VI ceturksnis (01.04.2022.–30.06.2022.)

Izpētīta šķīduma koncentrācijas un jonu mobilitātes ietekme uz cietas elektrolīta robežas veidošanos uz Bi2Se3 anoda. Ir pētīti pavadošie procesi, kas notiek litija interkalācijas-deinterkalācijas laikā oglekļa nanocaurulēs. Izpētīta vadošā polimēra PEDOT ietekme uz Bi2Se3 ūdens šķīdumā. Izveidojās stabila plēve, kas, pēc EIS datiem, riteņbraukšanas laikā pamazām izšķīda ūdenī. Anoda ar PEDOT mākslīgo plēvi kapacitatīvās īpašības izrādījās zemākas

Pēdējās izmaiņas veiktas