Лаборатория химии твёрдого тела Лаборатория химического материаловедения Лаборатория синтеза и физико-химического анализа функциональных материалов Лаборатория ионики твёрдого тела Лаборатория электрохимии гетерогенных систем Лаборатория механохимии Лаборатория материалов для аддитивных технологий Лаборатория радиационной химии высокоэнергетических электронов Лаборатория методов синхротронного излучения Группа материалов для металл-ионных аккумуляторов Группа механохимии биологически активных веществ Группа теоретической и вычислительной химии твёрдого тела Лаборатория механо-ферментативной конверсии твёрдых биополимеров Лаборатория материалов и технологий водородной энергетики Инжиниринговый центр порошковых технологий

Институт / Лаборатории

Группа материалов для металл-ионных аккумуляторов

Косова Нина Васильевна
Косова
Нина Васильевна
Руководитель группы - Косова Нина Васильевна,
доктор химических наук, ведущий научный сотрудник

Тел. +7 383 2332410, доб. 1115
E-mail: kosova@solid.nsc.ru

Группа материалов для металл-ионных аккумуляторов создана в 2012 г. До 2021 года - группа материалов для литий-ионных аккумуляторов
Сотрудники
Фамилия Имя Отчество должность телефон внут. тел. комната* e-mail
КОСОВА Нина Васильевна Вед.н.с. 233-24-10 *1115 1115 324(Л) @
КАБАНОВ Артём Анатольевич С.н.с.
СЛОБОДЮК Арсений Борисович С.н.с.
ШИНДРОВ Александр Александрович Н.с. 233-24-10 *1182 1182 325 (Л) @
ЯКОВЛЕВ Илья Владимирович М.н.с.
ЦЫДЫПЫЛОВ Дмитрий Зоригтоевич М.н.с. 233-24-10*1182 1182 322 (Л) @

В группе ежегодно проходят стажировки и выполняют курсовые и дипломные работы студенты НГУ и НГТУ.

Основные направления исследований
  • Разработка механохимически стимулированного синтеза наноструктурированных катодных и анодных материалов для литиевых, натриевых и гибридных натрий-литиевых аккумуляторов.
  • Дизайн новых композиционных электродных материалов с улучшенными электрохимическими свойствами.
  • Поисковые исследования новых по составу и свойствам электродных материалов для литиевых и натриевых аккумуляторов.
  • Изучение взаимосвязи кристаллической, локальной структуры и морфологии синтезированных материалов с их электрохимическими свойствами с использованием комплекса современных физико-химических методов (РФА, ДТА, ИКС, КР спектроскопия, Мессбауэровская спектроскопия, ЯМР спектроскопия, РФЭ спектроскопия, нейтронография, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, гальваностатическое циклирование, комплексный импеданс и др.).

Группа тесно сотрудничает с институтами РАН: Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Институтом неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, Институтом физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, Институтом химии ДвО РАН, Институтом химии твердого тела УрО РАН, Объединенным институтом ядерных исследований (г. Дубна) и др., а также с зарубежными университетами (в т.ч. Universite de Caen, CNRS, France). Уникальные эксперименты по исследованию механизма (де)интеркаляции ионов лития методом in situ дифракции синхротронного излучения проводятся в международных синхротронных центрах BESSY (г. Берлин, Германия) и DESY (г. Гамбург, Германия).

Основные научные результаты
  • Показано, что механохимически стимулированный твердофазный синтез является простым, быстрым, энерго- и эко-эффективным методом получения электродных материалов в наноструктурированном состоянии.
  • Продемонстрировано положительное влияние наноразмерности на электрохимические характеристики ряда электродных материалов.
    • Избранные дифрактограммы, полученные
    при заряде наноразмерного iCo0.5Fe0.5PO4
    методом in situ дифракции СИ (замена
    двухфазного механизма деинтеркаляции Li
    на однофазный)
  • Проведен комплекс исследований по созданию композиционных электродных материалов с улучшенными характеристиками на основе плохопроводящих полианионных соединений d-металлов с соединениями с высокой электронной и ионной проводимостью.
    • Зарядно-разрядные профили (a) и зависимость удельной емкости
    от скорости циклирования (b) для механокомпозита 0.5LiFePO4/0.5Li3V2(PO4)3
  • Найдены новые по составу и свойствам электродные материалы для литиевых и натриевых аккумуляторов с использованием метода механической активации.
    • Зарядно-разрядные профили “Li4Mn2O5” и зависимость удельной емкости от номера цикла.
Основные результаты прикладных работ

С использованием метода механической активации разработаны лабораторные технологии получения ряда электродных материалов: LiMn1-xMxO4, LiNi1-x-yMnxCoyO2, LiV3O8, LiFe1-xMxPO4, Li4Mn2O5 и др. Получены российские и зарубежные патенты. Проведены полупромышленные испытания на пилотной установке ОАО НЗХК (г. Новосибирск).

    Электронно-микроскопический снимок LiFePO4/C, полученного с применением метода механической
    активации, профили его зарядно-разрядных кривых и зависимость удельной разрядной емкости
    от номера цикла
Текущие проекты и гранты
Проекты по программам фундаментальных исследований РАН
  • Программа фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021-2030 годы):
    1.4.4. Химические проблемы получения и преобразования энергии, фундаментальные исследования в области использования альтернативных и возобновляемых источников энергии
    Поиск и разработка электродных материалов для металл-ионных аккумуляторов (№ НИОКТР 121032500072-3)
Гранты Российского научного фонда
  • Грант № 21-73-20064 «От локальной структуры к дизайну современных наноструктурированных электродных материалов для металл-ионных аккумуляторов» (2021-2024 гг.)
Оборудование

В группе имеются: планетарная мельница АГО-2, аналитические весы, печи для проведения отжигов на воздухе, в инертной атмосфере и сушки в вакууме, аргоновый бокс (VBOX-SS 950, Вилитек, Россия), электрохимические ячейки, электрохимические установки по циклированию (Biologic BCS 805), температурная камера для циклирования ячеек в диапазоне температур +60/-50 ESPEC SU-242, Doctor Blade, вальцы для изготовления тонкопленочных электродов, импедансметр для измерения проводимости на переменном токе, ячейка для in situ регистрации дифрактограмм в ходе циклирования, пресс для таблетирования, магнитные мешалки, ультразвуковая ванна и др.

Патенты по ЛИА
  1. И.Е. Аброськин, Е.Г. Аввакумов, А.Б. Александров, Е.Т. Девяткина, Н.В. Косова, Н.П. Мирошник, В.В. Рожков, С.Ю. Соломенцев, Г.Н. Томилова, В.В. Мухин «Способ получения соединения LixMn2O4 cо структурой шпинели». Патент РФ № 2132818, 1999.
  2. Н.В. Косова, Е.Т. Девяткина, Г.Н. Томилова, В.Ф. Ануфриенко «Способ получения высокодисперсного литий-ванадиевого оксида Li1+xV3O8». Патент РФ 2194015 (C2), 2001.
  3. Н.В. Косова, Е.Т. Девяткина, Г.Н. Томилова «Способ получения поверхностно-модифицированного катодного материала со слоистой структурой для литиевых и металл-ионных аккумуляторов». Патент РФ № 2307429. Опубл 27.09.2007 Бюл. № 27.
  4. Н.В. Косова, Е.Т. Девяткина, Г.Н. Томилова, Н.З. Ляхов, А.Б. Александров, Ю.В. Снопков, С.А. Резвов, В.В. Рожков Способ получения высокодисперсных композиционных катодных материалов LixFeyMzPO4/C со структурой оливина. Патент РФ № 2444815 (2012).
  5. Н.В. Косова, Д.О. Семыкина Способ получения композиционного катодного материала на основе Na3V2(PO4)2F3 для натрий-ионных аккумуляторов. Патент РФ № 274565, опубл. 07.05.21.
  6. C. Jordy, G. Caillon, S. Levasseur, N.V. Kosova, E.T. Devyatkina, T. Hezeque. Matériau d'électrode positive pour accumulateur lithium-ion // EP 2 498 324 A1, 12.09.2012.
  7. C. Jordy, G. Caillon, T. Hezeque, S. Levasseur, N.V. Kosova, E.T. Devyatkina. Positive electrode material for lithium-ion battery //WO 14041029 (A1) ― 2014-03-20.
  8. G. Caillon, S. Levasseur, T. Hezeque, C. Jordy, N.V. Kosova, E.T. Devyatkina. Positive electrode material for a lithium-ion accumulator // US9214673B2 - 2015-12-15.
  9. C. Jordy, G. Caillon, T. Hezeque, S. Levasseur, N.V. Kosova, E.T. Devyatkina. “Positive electrode material for lithium-ion battery” // US 9722244B2 - 2017-8-1.
Публикации за 2020—2021 гг.
    Публикации в международных журналах
  1. Kosova, N.V., Shindrov A.A. Mixed polyoxyanion cathode materials (Review)
    // Energy Storage Materials 42 (2021) 570-593. DOI: 10.1016/j/ensm.2021.08.016 – Q1.
  2. Semykina, D.O., Kirsanova, M.A., Volfkovich, Y.M., Sosenkin, V.E., Kosova, N.V. Porosity, microstructure and electrochemistry of Na3V2(PO4)2F3/C prepared by mechanical activation
    // Journal of Solid State Chemistry 297 (2021) 122041. DOI: 10.1016/j.jssc.2021.122041 – Q2.
  3. Kosova N.V., Podgornova O.A., Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E. Optimization of the cathode porosity via mechanochemical synthesis with carbon black
    // Journal of Solid State Electrochemistry 2021. DOI: 10.1007/s10008-020-04877-8 – Q2.
  4. Semykina D.O., Yakovlev I.V., Lapina O.B., Kabanov A.A., Kosova N.V. Crystal structure and migration paths of alkaline ions in NaVPO4F
    // Physical Chemistry Chemical Physics 22 (2020) 15876-15884. DOI: 10.1039/D0CP02204G – Q1.
  5. Kosova N.V., Shindrov A.A., Kabanov A.V. Theoretical and experimental study of reversible intercalation of Li ions in the Jarosite NaFe3(SO4)2(OH)6 structure
    // Electrochim. Acta 359 (2020) No. 136950. DOI: 10.1016/j.electacta.2020.136950 – Q1.
  6. Bograchev D.A., Volfkovich Y.M., Sosenkin V.E., Podgornova O.A., Kosova N.V. The Influence of Porous Structure on the Electrochemical Properties of LiFe0. 5Mn0. 5PO4 Cathode Material Prepared by Mechanochemically Assisted Solid-State Synthesis
    // Energies 13 (2020) 542. DOI: 10.3390/en13030542 - Q2.
  7. Kosova N.V., Shindrov A.A. Minerals as perspective prototypes of cathode materials for metal-ion batteries
    // Materials Today: Proceedings 25 (2020) 420-423. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.12.139.
  8. Semykina D., Podgornova O., Kosova N. Comparative study of Na3V2Ox (PO4) 2F3-x prepared via solid-state and hydrothermal synthesis
    // Materials Today: Proceedings 25 (2020) 497-500. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.12.368.
  9. Belotserkovsky V.A., Kosova N.V., Gainutdinov I.I. Modeling of chemical and electrochemical Na+/Li+ ion exchange in cathode material Na4Fe3 (PO4) 2P2O7
    // Materials Today: Proceedings 25 (2020) 501-504. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.01.014.
  10. Chu C.T., Mondal A., Kosova N.V., Lin J.Y. Improved high-temperature cycliablity of AlF3 modified spinel LiNi0.5Mn1.5O4 cathode for lithium-ion batteries
    // Applied Surface Science (2020) 147169. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.147169 – Q1.
  11. Shapovalov V.V.; Guda A.A.; Kosova N.V.; Kubrin S.P.; Podgornova O.A.; Aboraia A.M.; Lamberti C.; Soldatov A. V. Laboratory operando Fe and Mn K-edges XANES and Mossbauer studies of the LiFe0.5Mn0.5PO4 cathode material
    // Radiation Physics and Chemistry 175 (2020) 108065. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2018.11.019 - Q1.
    Публикации в отечественных журналах
  1. Косова Н.В., Семыкина Д.О. Перспективные катодные материалы для натрий-ионных аккумуляторов
    // Химия в интересах устойчивого развития 29 (2021) 342-354. DOI: 10.15372/KhUR2021311.