khsu_vsbaisyahev_ivchepkasov_202504.pdf

• Байдышев Виктор Сергеевич, кфмн, доцент, ФГБОУ ХГУ им. Н.Ф. Катанова
• Чепкасов Илья Васильевич, кфмн, доцент, ФГБОУ ХГУ им. Н.Ф. Катанова

Создание и развитие литий-ионных аккумуляторов стало революционным во всех сферах жизни человека. Благодаря высокой гравиметрической и объемной плотности энергии, высокой удельной мощности, длительному сроку службы и низкому саморазряду литий-ионные аккумуляторы сегодня являются одними из важнейших возобновляемых источников энергии. Однако в связи с растущим спросом возникает необходимость в разработке новых типов аккумуляторов, обладающих большими показателями гравиметрической или объемной плотности энергий или их более доступных аналогов. Перспективным подходом для достижения наибольших плотностей энергии, а также лучшей цикличности и безопасности считается переход к полностью твердотельным аккумуляторам, в которых используется твердый электролит. Главным преимуществом твердых электролитов считается их повышенная термическая стабильность и устойчивость к дендритообразованию, благодаря которым, они демонстрируют большую циклируемость и более безопасны. Традиционно аккумуляторы с металлическим литием в качестве анода или аккумуляторы с анодом с щелочными металлами (Na+, K+) рассматриваются как наиболее перспективные альтернативы литий-ионным аккумуляторам. В литиевых аккумуляторах наилучшие показатели ионной электропроводности, сравнимые с жидкими органическими электролитами, достигаются в сложных трех и четырех компонентных системах, содержащих атомы серы и фосфора. Другой перспективный класс твердых электролитов - германий содержащие твердые электролиты. Несмотря на регулярное появление публикаций с новыми электролитами и более детальными исследованиями уже открытых твердых электролитов, в том числе составов М-P-S и М-Ge-S (М = Li, Na, K), информация о электролитах такого состава все еще остается преимущественно не систематизированной и разрозненной. Использование современных и эффективных методов предсказания кристаллических структур таких как генеративно-состязательные сети CrystalGAN и эволюционный алгоритм USEPX позволит найти новые, еще не исследованные соединения составов M-P-S и M-Ge-S, где M = Li, Na, K. Применение методов квантовой химии, машинного обучения (MLIP) и молекулярной динамики позволят достоверно оценить термодинамические, механические и кинетические свойства новых твердых электролитов, в том числе коэффициенты диффузии и значения ионной электропроводности. Важным достоинством этого подхода является способность прогнозировать свойства экспериментально еще не изученных соединений, синтез и анализ которых может представлять задачу, требующую больших материальных и временных затрат.

• Грант РНФ № 22-73-00219 «Компьютерный дизайн новых электролитов для твердотельных аккумуляторов», рук. Чепкасов И.В., 2022-2024.

• Chepkasov I. V. et al. Tuning the surface properties of AuPd nanoparticles for adsorption of O and CO //Physical Chemistry Chemical Physics. – 2023. – Т. 25. – №. 48. – С. 33031-33037.
• Maltsev A. P. et al. Ionic conductivity of lithium phosphides //Crystals. – 2023. – Т. 13. – №. 5. – С. 756.
• Chepkasov I. V., Baidyshev V. S., Kvashnin A. G. Structure-driven tuning of O and CO adsorption on AuCu nanoparticles: A density functional theory study //Physical Review B. – 2023. – Т. 108. – №. 20. – С. 205414.
• Maltsev A. P., Chepkasov I. V., Oganov A. R. New promising class of anode materials for Ca-ion battery: polyaromatic hydrocarbons //Materials Today Energy. – 2024. – Т. 39. – С. 101467.
• Chepkasov I. V. et al. Origin of brittle behavior of doped PbTe-based thermoelectric materials //Applied Physics Letters. – 2024. – Т. 124. – №. 2.
• Iosimovska A. V. et al. Thermodynamic stability and ionic conductivity in lithium–germanium binary system //Applied Physics Letters. – 2024. – Т. 124. – №. 16.
• Chepkasov I. V. et al. Adsorption properties of crystalline and amorphous PdIr nanoparticles. A systematic first-principles study //Journal of Catalysis. – 2025. – С. 116102.
• Maltsev A. P. et al. Structure transformations and ionic conductivity in germanides of sodium and potassium //Journal of Materials Chemistry A. – 2025.