ИСТИНА

Настоящий Проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с повышением эксплуатационных характеристик современных устройств хранения и преобразования энергии - суперконденсаторов на основе неводных электролитных систем. В рамках решения данной задачи будут впервые получены новые электролитные системы на основе ферроценсодержащих ионных жидкостей, которые позволят значительно улучшить ёмкостные и энергетические параметры электрохимических устройств.

The most important task that the Project aims to solve is the functional design of new electrolyte systems for creating highly efficient energy storage and conversion devices. The use of redox-active non-aqueous electrolytes based on ionic liquids (ILs) is a promising approach to increase the capacitance and energy characteristics of supercapacitors (SCs). However, the use of redox electrolytes can lead to the appearance of an unwanted process of electrode depolarization due to introduction of the "shuttle" mechanism of charge transfer. The main ways to prevent self-discharge are associated with the use of ion-selective membranes or the chemical properties of the surface of the electrode material and a redox-active ionic liquid. In this connection, the task of functional design of the composition of electrolyte systems becomes relevant. Within the framework of this project, new ferrocene ionic liquids of the tetraalkylammonium series containing pyrrolidine and piperidine rings will be obtained for the first time. The choice of ferrocene-containing ILs is related to their high degree of reversibility of the redox process, which will ensure long-term cycling stability of SCs with a high Coulomb efficiency. In addition, the presence of pyrrolidine and piperidine rings in the composition of the cation will make it possible to achieve high solubility in polar aprotic solvents, high electrical conductivity, and the possibility of fine tuning the equilibrium potential of the Fe2+/Fe3+ transition by modifying the structure. The result of the project implementation will be the development of synthetic approaches for obtaining new electrolyte systems based on ferrocene-containing ionic liquids of the tetraalkylammonium series, a comprehensive analysis of the kinetic, transport and electrochemical properties of which will make it possible to detail the self-discharge mechanism under the conditions of electrochemical tests of supercapacitor assemblies. The conclusions obtained in this work will lay the foundations for the methodology for solving problems arising from the use of redox-active electrolyte systems in energy storage and conversion devices. The results of this project can be used to create domestic high-performance supercapacitors and flow batteries.

В ходе выполнения работ по Проекту будут: (1) Разработаны синтетические подходы синтеза новых ферроценовых ионных жидкостей тетраалкиламмонийного ряда, содержащих пирролидиновый и пиперидиновый циклы; (2) С использованием методов термического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии определены интервалы термической стабильности и температуры фазовых переходов ферроцен-содержащих ионных жидкостей тетраалкиламмонийного ряда; (3) Изучены транспортные свойства и оптимизирован состав электролитных систем, обеспечивающих наибольшую электропроводность; (4) С использованием вращающегося дискового электрода определен механизм переноса заряда и массопереноса редокс-активных частиц; (5) Методами циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда-разряда, импедансной спектроскопии изучено влияние состава и типа новых редокс-активных электролитных систем на эксплуатационные параметры суперконденсаторных сборок двух- и трёхэлектродной конфигурации (удельную ёмкость, удельную энергию, мощность, саморазряд, кулоновскую эффективность при длительных ресурсных испытаниях). Полученные в ходе выполнения работ результаты, несомненно, будут представлять интерес при осуществлении хозяйственной деятельности предприятий Российской Федерации, деятельность которых связана с обеспечением энергетической безопасности. Предложенные электролитные системы могут быть использованы при разработке и конструировании отечественных высокоэффективных электрохимических устройств, что особенно важно в условиях растущего санкционного давления.