Электродные материалы
для металл-ионных аккумуляторов, суперконденсаторов
и редокс-батарей
Научная группа профессора Вениамина Владимировича Кондратьева
Объекты исследований — катодные материалы на основе оксидов переходных металлов, модифицированные включением проводящих полимеров (поли-(3,4-этилендиокситиофен) для литий-, цинк-, магний – ионных аккумуляторов.
Модификация слоистых оксидов металлов (оксиды ванадия и другие) с помощью прединтеркалирования ионов чужеродных металлов с целью увеличения межслоевого пространства и улучшения условий твердотельной диффузии ионов.
Идентификация природы основных переносчиков заряда в интеркаляционных процессах.
Модификация слоистых оксидов металлов (оксиды ванадия и другие) с помощью прединтеркалирования ионов чужеродных металлов с целью увеличения межслоевого пространства и улучшения условий твердотельной диффузии ионов.
Идентификация природы основных переносчиков заряда в интеркаляционных процессах.
Руководитель научной группы
Кондратьев Вениамин Владимирович
v.kondratev@spbu.ru
Старший преподаватель
Толстопятова Елена Геннадьевна
e.tolstopyatova@spbu.ru
Студент 2 курса бакалавриата
Королева Евгения Николаевна
Студент 2 курса бакалавриата
Нагорнова Ксения Алексеевна
Студент 3 курса бакалавриата
Гадельшин Руслан Радикович
Студент 2 курса магистратуры
Со Мин Тейн
- Разработки перспективных материалов для электрохимических источников тока, в том числе неорганических и гибридных материалов для металл-ионных аккумуляторов
- Фундаментальные исследования твердофазных процессов переноса заряда в проводящих полимерах и композитных материалах
- Прикладные исследования направлены на создание и тестирование макетов новых энергозапасающих устройств, решение инженерных и научных задачи в области электрохимического запасания энергии
Наиболее значимые публикации
Volkov F.S., Tolstopyatova E.G., Eliseeva S.N., Fu L., Kondratiev V.V. Cobalt-preintercalated vanadium oxide and its composite with PEDOT as cathodes for aqueous zinc-ion batteries // Materials Letters. 2026. Vol. 403. № 139470. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2025.139470
В работе были получены и исследованы в качестве катодных материалов для водных цинк-ионных аккумуляторов наноленты оксида ванадия с прединтеркалированными ионами Co2+ (CoVO) и новый композит CoVO с поли-3,4-этилендиокситиофеном (CoVOP). Катоды CoVOP продемонстрировали начальную удельную емкость 435 мАч∙г−1 при плотности тока 0.3 А∙г−1 и высокую способность к заряду/разряду при высоких плотностях тока.
Salnikova Yu.V., Kamenskii M.A., Tolstopyatova E.G., Kondratiev V.V. Aluminum ion doped vanadium oxides as highly stable cathodes for aqueous zinc ion batteries //Solid State Ionics. 2025. Vol. 428. № 116946. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2025.116946
В работе были синтезированы наноразмерные слоистые оксиды ванадия с прединтеркалированными ионами Al3+ (AlxV2O5), с различными соотношениями Al:V и исследованы в качестве катодных материалов для водных цинк-ионных аккумуляторов. Все полученные катодные материалы демонстрировали полную обратимость процесса заряда/разряда. Наблюдалась зависимость емкости и циклируемости материалов от содержания ионов Al (3+). Наибольшая начальная разрядная емкость (383 мАч·г−1 при плотности тока 1.0 А·г−1) наблюдалась для материала состава Al0.060V2O5, однако она быстро снижалась вследствие низкого содержания ионов Al3+ (сохранение емкости после 100 циклов составило 89 % от начального значения). Материал состава Al0.072V2O5 имел низкую начальную емкость разряда (196 мАч·г−1 при плотности тока 1.0 А·г−1), но был самым стабильным (сохранение емкости 98 % после 100 циклов).
Volkov A.I., Tolstopyatova E.G., Kondratiev V.V. Hydrothermally synthesized MoS2 composites with rGO and PEDOT:PSS for Li-ion batteries: enhanced capacity reclamation with rGO addition // Journal of Solid State Electrochemistry. 2024. Vol. 28, pp. 1571-1584. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05694-5
Синтезированы композиты MoS2 с PEDOT:PSS и/или rGO в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Показано, что добавление rGO значительно повышает удельную емкость катодного материала (до 748 мА·ч·г−1) и его стабильность. Изучены процессы конверсии MoS2 в ходе заряд-разрядного циклирования.
Tolstopyatova E.G., Salnikova Y.D., Holze R., Kondratiev V.V. Progress and Challenges of Vanadium Oxide Cathodes for RechargeableMagnesium Batteries // Molecules. 2024. Vol. 29. № 3349. https://doi.org/10.3390/molecules29143349
Обзор посвящен рассмотрению основных стратегических подходов к созданию слоистых катодных материалов на основе оксидов ванадия для магний-ионных аккумуляторов. Подробно рассматриваются вопросы, связанные с электрохимией процессов интеркаляции в слоистых оксидах ванадия; выгодные пути улучшения композитных катодов на основе оксида ванадия, и механизм их функционирования в водных, «влажных» и сухих неводных апротонных электролитах, а также возможность процессов соинтеркаляции протонов и ионов магния. Обсуждаются перспективы будущего развития катодных материалов на основе оксида ванадия.
Tolstopjatova E.G., Kamenskii M.A., Kondratiev V.V. Vanadium oxide–conducting polymers composite cathodes for aqueous zinc-ion batteries: interfacial design and enhancement of electrochemical performance // Energies. 2022. Vol. 15. № 8966. https://doi.org/10.3390/en15238966
В обзоре обобщены подходы по повышению эффективности энергозапасания в цинк-ионных системах с помощью включения в состав композитных катодов на основе оксида ванадия проводящих полимеров. Обобщены и обсуждены основные проблемы межфазной инженерии композитных структур на основе оксида ванадия и проводящих полимеров, а также перспективы дальнейшего развития композитных катодных материалов.
Патенты
Volkov F.S., Tolstopyatova E.G., Eliseeva S.N., Fu L., Kondratiev V.V. Cobalt-preintercalated vanadium oxide and its composite with PEDOT as cathodes for aqueous zinc-ion batteries // Materials Letters. 2026. Vol. 403. № 139470. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2025.139470
В работе были получены и исследованы в качестве катодных материалов для водных цинк-ионных аккумуляторов наноленты оксида ванадия с прединтеркалированными ионами Co2+ (CoVO) и новый композит CoVO с поли-3,4-этилендиокситиофеном (CoVOP). Катоды CoVOP продемонстрировали начальную удельную емкость 435 мАч∙г−1 при плотности тока 0.3 А∙г−1 и высокую способность к заряду/разряду при высоких плотностях тока.
Salnikova Yu.V., Kamenskii M.A., Tolstopyatova E.G., Kondratiev V.V. Aluminum ion doped vanadium oxides as highly stable cathodes for aqueous zinc ion batteries //Solid State Ionics. 2025. Vol. 428. № 116946. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2025.116946
В работе были синтезированы наноразмерные слоистые оксиды ванадия с прединтеркалированными ионами Al3+ (AlxV2O5), с различными соотношениями Al:V и исследованы в качестве катодных материалов для водных цинк-ионных аккумуляторов. Все полученные катодные материалы демонстрировали полную обратимость процесса заряда/разряда. Наблюдалась зависимость емкости и циклируемости материалов от содержания ионов Al (3+). Наибольшая начальная разрядная емкость (383 мАч·г−1 при плотности тока 1.0 А·г−1) наблюдалась для материала состава Al0.060V2O5, однако она быстро снижалась вследствие низкого содержания ионов Al3+ (сохранение емкости после 100 циклов составило 89 % от начального значения). Материал состава Al0.072V2O5 имел низкую начальную емкость разряда (196 мАч·г−1 при плотности тока 1.0 А·г−1), но был самым стабильным (сохранение емкости 98 % после 100 циклов).
Volkov A.I., Tolstopyatova E.G., Kondratiev V.V. Hydrothermally synthesized MoS2 composites with rGO and PEDOT:PSS for Li-ion batteries: enhanced capacity reclamation with rGO addition // Journal of Solid State Electrochemistry. 2024. Vol. 28, pp. 1571-1584. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05694-5
Синтезированы композиты MoS2 с PEDOT:PSS и/или rGO в качестве катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Показано, что добавление rGO значительно повышает удельную емкость катодного материала (до 748 мА·ч·г−1) и его стабильность. Изучены процессы конверсии MoS2 в ходе заряд-разрядного циклирования.
Tolstopyatova E.G., Salnikova Y.D., Holze R., Kondratiev V.V. Progress and Challenges of Vanadium Oxide Cathodes for RechargeableMagnesium Batteries // Molecules. 2024. Vol. 29. № 3349. https://doi.org/10.3390/molecules29143349
Обзор посвящен рассмотрению основных стратегических подходов к созданию слоистых катодных материалов на основе оксидов ванадия для магний-ионных аккумуляторов. Подробно рассматриваются вопросы, связанные с электрохимией процессов интеркаляции в слоистых оксидах ванадия; выгодные пути улучшения композитных катодов на основе оксида ванадия, и механизм их функционирования в водных, «влажных» и сухих неводных апротонных электролитах, а также возможность процессов соинтеркаляции протонов и ионов магния. Обсуждаются перспективы будущего развития катодных материалов на основе оксида ванадия.
Tolstopjatova E.G., Kamenskii M.A., Kondratiev V.V. Vanadium oxide–conducting polymers composite cathodes for aqueous zinc-ion batteries: interfacial design and enhancement of electrochemical performance // Energies. 2022. Vol. 15. № 8966. https://doi.org/10.3390/en15238966
В обзоре обобщены подходы по повышению эффективности энергозапасания в цинк-ионных системах с помощью включения в состав композитных катодов на основе оксида ванадия проводящих полимеров. Обобщены и обсуждены основные проблемы межфазной инженерии композитных структур на основе оксида ванадия и проводящих полимеров, а также перспективы дальнейшего развития композитных катодных материалов.
Патенты
- Лукьянов Д.А., Власов П.С., Апраксин Р.В., Толстопятова Е.Г., Левин О.В., Кондратьев В.В. Полимерная полихинон-политиофеновая композиция для электрохимических источников тока. Патент № EA045719B1. Дата приоритета 01.02.2021. https://patents.google.com/patent/EA045719B1
- Лукьянов Д.А., Власов П.С., Апраксин Р.В., Толстопятова Е.Г., Левин О.В., Кондратьев В.В. Полимерная полихинон-политиофеновая композиция для электрохимических источников тока. Патент № RU2770151. Дата приоритета 31.01.2020. https://patents.google.com/patent/RU2770151C
- Лукьянов Д.А., Власов П.С., Толстопятова Е.Г., Левин О.В., Кондратьев В.В. Анионный полимер, содержащий орто-хиноновый фрагмент, и способ его получения. Патент № RU2767056. Дата приоритета 31.01.2020. https://patents.google.com/patent/RU2767056C2
- Кондратьев В.В., Левин О.В., Толстопятова Е.Г., Елисеева С.Н., Алексеева Е.В., Композитный катодный материал для литий-ионных батарей. Патент № RU2584678, Дата приоритета 30.12.2014. https://patents.google.com/patent/RU2584678C1
- Кондратьев В.В., Елисеева С.Н., Толстопятова Е.Г., Нижегородова А.О., Электрохимическая ячейка для синтеза нанокомпозитных материалов. Патент RU № 149730. Дата приоритета 12.09.2014. https://patents.google.com/patent/RU149730U1
- Кондратьев В.В., Елисеева С.Н., Толстопятова Е.Г., Нижегородова А.О., Способ получения нанокомпозитных материалов и устройство для его реализации. Патент № RU2568807. Дата приоритета 09.09.2014. https://patents.google.com/patent/RU2568807C1
- Кондратьев В.В., Елисеева С.Н., Толстопятова Е.Г., Погуляйченко Н.А., Малев В.В. Устройство для извлечения благородных металлов из водных растворов. Патент № RU83245. Дата приоритета 25.11.2008. https://patents.google.com/patent/RU83245U1
- Кондратьев В.В., Елисеева С.Н., Толстопятова Е.Г., Погуляйченко Н.А., Малев В.В. Способ извлечения благородных металлов из водных растворов и устройство для его реализации // Патент № RU2404927. Дата приоритета 24.11.2008. https://patents.google.com/patent/RU2404927C2
Научные проекты
- Грант РНФ № 24-23-00224 «Катодные материалы для магний-ионных аккумуляторов на основе оксидов ванадия, допированных ионами металлов и проводящими полимерами», 2024-2025 (руководитель: Кондратьев В.В.)
- Грант РФФИ–ГФЕН № 21-53-53012 «Улучшение электрохимических характеристик цинк ионных водных аккумуляторов за счет модифицирования электродов проводящим полимером», 2021-2022 (руководитель: Кондратьев В.В.)
- Грант РФФИ № 20-33-90143 Аспиранты «Композитные электродные материалы на основе дисульфида молибдена для литий-ионных аккумуляторов» 2020-2021 (руководитель: Кондратьев В.В.)
- Грант РФФИ, № 19-03-00593 «Композитные энергозапасающие и электрохромные материалы на основе поли-3,4-этилендиокситиофена и оксида вольфрама» 2019-2021 (руководитель: Кондратьев В.В.)
- Проект СПбГУ № 26455158, Госзаказ «Разработка перспективных материалов для электрохимических источников тока» 2018-2020 (руководитель: Кондратьев В.В.)
- Грант РФФИ № 16-03-00457 «Нанокомпозитные энергозапарсающие материалы на основе интеркалируемых оксидов переходных металлов и поли-3.4-этилендиокситиофена». 2016-2018. (Руководитель : Кондратьев В.В.)
- Договор с АО «Гириконд», «Разработка состава электропроводного полимерного материала и способа нанесения при изготовлении танталовых чип-конденсаторов». 2020. (Руководитель: Кондратьев В.В.)