Институт / Лаборатории

Группа материалов для литий-ионных аккумуляторов

Косова Нина Васильевна
Косова
Нина Васильевна
Руководитель группы - Косова Нина Васильевна,
кандидат химических наук, старший научный сотрудник

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

Группа материалов для литий-ионных аккумуляторов создана в 2012 г.
Сотрудники
Фамилия Имя Отчество должность телефон внут. тел. комната* e-mail
КОСОВА Нина Васильевна Вед.н.с. 233-24-10 *1115 1115 324(Л) @
ПОДГОРНОВА Ольга Андреевна Н.с. 233-24-10 *1182 1182 325(Л) @
СЕМЫКИНА Дарья Олеговна Н.с. 233-24-10*1182 1182 325(Л) @
ШИНДРОВ Александр Александрович Аспирант 233-24-10 *1182 1182 325 (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
Патенты
  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 литий-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. 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.
  6. 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.
  7. 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.
Текущие проекты и гранты
Проекты по программам фундаментальных исследований СО РАН
  • Проект «Разработка и изучение свойств новых функциональных материалов, наноструктурированных покрытий и композитов различного назначения» (2017-2020 гг.).
Проекты по программам фундаментальных исследований РАН
  • Проект «Разработка материалов для электрохимических устройств: топливных элементов, суперконденсаторов, литиевых аккумуляторов» (в рамках Комплексной программы Сибирского отделения РАН № II.2 «Интеграция и развитие», 2016-2017).
Гранты Российского фонда фундаментальных исследований
  • № 14-03-01082-а «Исследование доминирующих факторов в процессах электрохимической интеркаляции лития в катодные материалы со структурой оливина» (2014-2016 гг.).
Оборудование

В группе имеются: планетарная мельница АГО-2, аналитические весы, печи для проведения отжигов на воздухе, в инертной атмосфере и в вакууме, дифрактометр, аргоновый бокс, электрохимические установки по циклированию, импедансметр и др.

Публикации за 2018—2019 гг.

    Препринты и авторефераты
  1. Семыкина Д.О. Структурно-морфологические и электрохимические свойства натрий/литий ванадий-содержащих электродных материалов для натрий/литий ионных аккумуляторов.
    Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. Новосибирск. 2019. 23 с.
    Публикации в международных журналах
  1. Kosova N.V., Shindrov A.A. Effect of mixed Li+/Na+-ion electrolyte on electrochemical performance of Na4Fe3(PO4)2P2O7 in hybrid batteries.
    Batteries. 2019. V. 5. P. 39. DOI: 10.3390/batteries5020039.
  2. Kosova N.V., Kulova T.L., Nikolskaya N.F., Podgornova O.A., Rychagov A.Yu., Sosenkin V.E., Volfkovich Yu.M. Effect of porous structure of LiCoPO4 on its performance in hybrid supercapacitor.
    J. Solid State Electrochem. 2019. V. 23. P. 1981-1990. DOI: 10.1007/s10008-019-04278-6.
  3. Kosova N.V., Shindrov A.A. Mechanochemical synthesis of a new composite Na3FePO4CO3/C cathode material for sodium-ion batteries.
    Materials Today: Proceedings. 2019. V. 12. P. 3-8. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.02.204.
  4. Kosova N.V., Semykina D.O. Mechanochemically assisted solid-state synthesis of sodium vanadium fluorophosphates.
    Solid State Ionics. 2019. V. 343. P. 115119. DOI: 10.1016/j.ssi.2019.115119.
  5. Kosova N.V., Shindrov A.A. Na3FePO4CO3 as a cathode for hybrid-ion batteries. Study of Na+/Li+ electrochemical exchange.
    Ionics. 2019. V. 25. P. 5829-5838. DOI: 10.1007/s11581-019-03128-9.
  6. Kosova N.V., Shindrov A.A., Slobodyuk A.B., Kellerman D.G. Thermal and structural instability of sodium-iron carbonophosphate ball milled with carbon.
    Electrochim. Acta. 2019. V. 302. P. 119-129. DOI: 10.1016/j.electacta.2019.02.001.
  7. Kosova N.V., Podgornova O.A., Gutakovskii A.K. Different electrochemical responses of LiFe0.5Mn0.5PO4 prepared by mechanochemical and solvothermal methods.
    J. Alloys Comp. 2018. V. 742. P. 454-465. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.242.
  8. Kosova N.V., Rezepova D.O. Effect of the La3+ modification on the electrochemical performance of Na3V2(PO4)2F3.
    Batteries. 2018. V. 4. P. 32. DOI: 10.3390/batteries1030032.
  9. Freire M., Diaz-Lopez M., Bordet P., Colin C.V., Lebedev O.I., Kosova N.V., Jordy C., Chateigner D., Chuvilin A.L., Maignan A., Pralong V. Investigation of the exceptional charge performance of the 0.93Li4-XMn2O5-0.07Li2O composite cathode for Li-ion batteries.
    J. Mater. Chem. A. 2018. V. 6. Iss. 12. P. 5156-5165. DOI: 10.1039/c8ta00234g.
  10. Kosova N.V., Rezepova D.O. Mixed sodium-lithium vanadium fluorophosphates Na3-xLixV2(PO4)2F3: The origin of the excellent high-rate performance.
    J. Power Sources. 2018. V. 408. P. 120-127. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.09.088.
  11. Kosova N.V., Belotserkovsky V.A. Sodium and mixed sodium/lithium iron ortho-pyrophosphates: Synthesis, structure and electrochemical properties.
    Electrochim. Acta. 2018. V. 278. P. 182-195. DOI: 10.1016/j.electacta.2018.05.034.
  12. Kosova N.V., Podgornova O.A. The influence of synthesis method on structure, morphology and electrochemical properties of the LiFe0.5Mn0.5PO4 cathode material.
    Materials Today: Proceedings. 2018. V. 5. P. 22806-22810. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.07.094.
    Тезисы докладов на международных конференциях
  1. Kosova N.V. Advanced electrode materials for lithium and sodium-ion batteries.
    Joint Symposium of Taiwan-Russia Research Cooperation. Tomsk. October 23-24, 2018. P.
  2. Belotserkovsky V.A., Kosova N.V. Feasability of chemical and electrochemical Na+ /Li+ ion exchange in Na4Fe3(PO4)2P2O7 cathode material prepared via mechanochemical way.
    The International Battery Association 2018 (IBA 2018), March 11-16, 2018, Jeju Island, Korea. P. 72.
  3. Rezepova D.O., Kosova N.V. In situ formation of conductive networks in Na3V2(PO4)2F3-based cathode materials for Na- and Li-ion batteries.
    Abstacts of the Russia-Japan Joint Seminar 'Non-equilibrium processing of materials: experiments and modelling'. October 1-3, 2018. Novosibirsk, Russia. Novosibirsk: IPC NSU. 2018. P. 74.
  4. Kosova N.V. Multi-electron redox electrode materials for Li- and Na-ion batteries.
    2018 Russian-japan Joint Seminar 'Non-equilibrium processing of materials: experiments and modeling'. October 1-3. 2018. Novosibirsk. Russia. Novosibirsk: IPC NSU. 2018. P. 55.
  5. Шиндров А.А., Косова Н.В. Na3FePO4CO3 - новый катодный материал для натрий-ионных аккумуляторов.
    Международная конференция 'Теория и практика современных электрохимических производств'. Санкт-Петербург. 3-6 декабря 2018 г. С. 101-102.
  6. Belotserkovsky V.A., Kosova N.V. Na4Fe3(PO4)2P2O7 AND Na4-xLixFe3(PO4)2P2O7 Cathode materials prepared via mechanochemical way.
    The Book of Abstracts of the V International Conference 'Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies'. 25-28 June 2018. Novosibirsk. Russia. Novosibirsk: NSU Publishing center. 2018. P. 171.
  7. Белоцерковский В.А., Косова Н.В. Na4Fe3(PO4)2P2O7 как матрица для обратимой интеркаляции ионов натрия и лития.
    V Международная научно-практическая конференция 'Теория и практика современных электрохимических производств'. Санкт-Петербург. 3-6 декабря 2018 г. C. 69.
  8. Kosova N.V. New sodium-containing cathode materials: Mechanochemical synthesis and electrochemical properties.
    The Book of Abstracts of the V International Conference 'Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies'. 25-28 June 2018. Novosibirsk. Russia. Novosibirsk: NSU Publishing center. 2018. P. 82.
  9. Podgornova O.A., Kosova N.V. Origin of an additional discharge plateau in LiFe0.5Mn0.5PO4.
    International Battery Association. March 11-16. 2018. Jeju Island. Korea. P. 151.
  10. Rezepova D.O., Kosova N.V. Substitution and Na/Li ion exchange in Na3V2(PO4)3 and Na3V2(PO4)2F3.
    International Battery Association (IBA) Conference. Jeju Island. South Korea. 2018. March 11-16. Abstract book. P. 150.
  11. Rezepova D., Kosova N. The effect of the Na3V2(PO4)2F3 doping by s-, p- and d-ions.
    69th Annual Meeting of International Society of the Electrochemistry (ISE). Bologna. Italy. 2018.September 2-7. Abstract book. P. 783.
  12. Podgornova O.A., Kosova N.V. The LiFe0.5Mn0.5PO4 cathode materials: the influence of synthesis method on its structure, morphology, and electrochemical properties.
    The Book of Abstracts of the V International Conference 'Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies'. 25-28 June 2018. Novosibirsk, Russia. Novosibirsk: NSU Publishing center, 2018. P. 172.
  13. Rezepova D.O., Kosova N.V. The structure and electrochemistry of mixed sodium-lithium vanadium fluorophosphates Na3-yLiyV2(PO4)2F3.
    The Book of Abstracts of the V International Conference 'Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies'. 25-28 June 2018. Novosibirsk, Russia. Novosibirsk: NSU Publishing center. 2018. P. 83.
  14. Косова Н.В. Многоэлектронные окислительно-восстановительные реакции в Li- и Na-аккумуляторах.
    Международная конференция 'Теория и практика современных электрохимических производств'. Санкт-Петербург. 3-6 декабря 2018 г. C. 5-6. (phti.oml.ru).