AP19576865 — Получение и исследование модифицированных MXene материалов для применения в накопителях электрической энергии

Цель: Целью проекта является разработка метода получения MXene материалов и их модификация путем внедрения в полученную структуру кремния, конечный результат которого – материал, имеющий в 2 раза больше стабильности циклов заряда/разряда и удельной емкости по сравнению с графитом, применяемый в качестве активного электродного материала в накопителях электрической энергии.

Актуальность: Актуальность проекта обусловлена глобальным ростом спроса на высокоэффективные и долговечные накопители электрической энергии для применения в портативной электронике, электромобилях и системах хранения энергии. Традиционные материалы, такие как графит, ограничены по емкости и стабильности. Использование модифицированных MXene материалов с внедрением нанокремния открывает путь к созданию электродов нового поколения с улучшенными характеристиками – увеличенной удельной емкостью и сроком службы. Проект отвечает актуальным задачам развития "зеленой" энергетики и высокотехнологичной индустрии, а также способствует научно-техническому прогрессу в области материаловедения.

Научный руководитель: Доктор Ph.D., Шакенов Калижан Бахытжанович

Полученные результаты: В ходе НИР были определены оптимальные условия синтеза MAX-фазы Ti₃AlC₂ и последующего получения MXene-материалов нисходящим методом. Исследованы различные травители, включая системы HF/HCl/LiCl и HCl/LiF, при этом метод МИРС с HCl/LiF показал наибольшую эффективность благодаря одновременным процессам травления и деламинации. Проведена модификация MXene с использованием кремния и активированного угля для формирования композитных материалов. Установлены оптимальные параметры синтеза композитов и проведены электрохимические испытания в полумонетных и полномонетных ячейках. Полученный композит AУ/MXene/Si продемонстрировал высокую удельную ёмкость, стабильность циклирования и превосходство над активированным углем. Результаты подтверждают перспективность применения разработанных материалов в накопителях энергии нового поколения.

Список публикаций с ссылками на них

1. Джусамбаев М.Т., Аскарулы К., Шакенов К.Б., Азат С., Жантикеев У. Улучшение энергетической конверсии с использованием MXenes: анализ эффективности // Вестник НЯЦ РК. – 2023. – № 4. – С. 32–39. DOI: https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-4-32-39. URL: https://journals.nnc.kz/jour/article/view/560
2. Jussambayev M., Shakenov K., Sultakhan Sh., Zhantikeyev U., Askaruly K., Toshtay K., Azat S. MXenes for sustainable energy: A comprehensive review on conservation and storage applications // Carbon Trends. – 2025. – Vol. 19. – Art. No. 100471. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cartre.2025.100471. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667056925000215
3. Патент на полезную модель № 10822 Республика Казахстан, МПК B22F 9/00, C01B 32/9. Способ получения MAX-фазы / Шакенов К.Б., Азат С., Султахан Ш.Т., Асқарұлы Қ.; заявитель НАО «Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева». – № 2025/0607.2; заявл. 21.04.2025; опубл. 04.07.2025. – 5 с.
4. Shakenov K., Azat S., Askaruly K., Bektassova A., Ashimova A. Improving the efficiency of a closed-type wind turbine through an integrated approach // Wind Engineering. – 2025. DOI: https://doi.org/10.1177/0309524X251374548. URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0309524X251374548
5. Saitova N., Askaruly K., Idrissov N., Kuli Z., Shakenov K., Azat S., Sultakhan Sh. MXene-Integrated Porous Carbon–Silicon Composite as a Stable and High-Capacity Anode for Lithium-Ion Batteries // Engineered Science. – 2024. – Art. No. 1804. DOI: https://doi.org/10.30919/es1804. URL: https://www.espublisher.com/journals/articledetails/1804