Ученые из Университета Дрекселя открыли возможность накопления и хранения энергии - между слоями двумерных материалов

SEM-снимок двумерного материала максена, с добавленной иллюстрацией интеркаляции ионов между его слоями

Rus На русском Eng In English

Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-Dimensional Titanium Carbide

Maria R. Lukatskaya, Olha Mashtalir, Chang E. Ren, Yohan Dall’Agnese, Patrick Rozier, Pierre Louis Taberna, Michael Naguib, Patrice Simon, Michel W. Barsoum, Yury Gogotsi.

Science, 27 September 2013: Vol. 341 no. 6153 pp. 1502-1505. DOI: 10.1126/science.1241488

Просмотреть дополнительные материалы к статье >>

Многие батареи и конденсаторы используют интеркаляцию лития для хранения и передачи  заряда. Литий широко применяется, поскольку он предлагает лучшую плотность энергии, но существуют трудности в хранении больших катионов, при этом не нарушая кристаллическую структуру. Исследователи из Дрекселя под руководством Ю.Гогоци и М.Барсума разработали серию MX-соединений, где М представляет собой переходный металл, а Х - атом углерода или азота. Соединение Ti3C2 образует двумерную слоистую структуру, которая способна вместить широкий спектр катионов (в том числе и поливалентные) самопроизвольно или электрохимически.

Интеркаляции ионов в слоистых соединениях уже давно применяются в накопителях, таких как батареи или электрохимические конденсаторы. Исследовательская группа Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, под руководством профессора Юрия Гогоци, продемонстрировала спонтанную интеркаляцию катионов из водных растворов солей между двумерными (2D) слоями максена (MXene) Ti3C2. Максен сочетает в себе 2D проводящие слои карбида с гидрофильной поверхностью.

Различные катионы, в том числе Na+, K+, NH4+, Mg2+, и Al3+, также могут быть интеркалированы электрохимически, предлагая емкость свыше 300 фарад на кубический сантиметр (намного выше, чем у пористых атомов углерода). Это исследование дает основу для изучения большого семейства 2D карбидов и карбонитридов в электрохимических накопителях энергии для устройств с использованием одно-и поливалентных ионов.

Несколькими годами ранее доктор Мишель Барсум  и профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, обнаружили, похожие на графен, атомарно тонкие, двумерные материалы, которые имеют хорошую электропроводность и гидрофильную поверхность, которая хорошо удерживает жидкость. Они назвали эти новые материалы максенами ( MXenes), название было прдумано всвязи с их происхождением в процессе травления и отшелушивания атомарно тонких слоев алюминия из слоистого карбида МАХ-фазы. Последний также был обнаружен около 15 лет назад в Унверситете Дрекселя профессором М.Барсумом.

С тех пор Ю.Гогоци, М.Барсум, и их команда, вырвалась вперед в изучении возможностей использования максенов (MXenes). Последние результаты данных исследований были опубликованы в журнале "Science" 27 сентября 2013 г. В своей статье "Интеркаляция катионов и высокая объемная емкость двумерного карбида титана" ученые объясняют, как максены могут вмещать различные ионы и молекулы между своими слоями во время процесса интеркаляции.

Иногда интеркаляция становится необходимой для использования уникальных свойств двумерных материалов. Например, помещение ионов лития между  листами максена делает их хорошими образцами для использования в качестве анодов в литий-ионных батареях. Тот факт, что максены могут вместить ионы и молекулы  таким способом, является очень важным, поскольку это расширяет их способность накапливать энергию.

По словам профессора Юрия Гогоци, в настоящее время его командой были описанывосемь максенов, но, вероятно, многие другие, которые будут обнаружены, - MXene-ионные комбинации, и которые были протестированы на сегодняшний день, ни в коем случае не ограничивают возможностей хранения энергии этой группой материалов. Таким образом, даже впечатляющие емкости, которые описаны в статье, имеют не самые высокие возможные значения, которые могут быть достигнуты использованием максенов (MXenes). Интеркаляция магния и ионов алюминия также может проложить путь к разработке новых видов металл-ионных батарей.

Статья Барсума и Гогоци описывает интеркаляции максенов (MXenes) с различными ионами, в том числе лития, натрия, магния, калия, аммония и ионов алюминия. Полученные материалы свидетельствуют о высокой емкости энергии и открывает еще один путь исследований в этой отрасли материаловедения.

Электроды из двумерного карбида титана показывают отличную объемную супер емкость до 350 Ф/см3 за счет интеркаляции катионов между его слоями, что значительно выше, чем это было возможно в настоящее время при использовании пористых углеродных электродов. Другими словами, открылась возможность хранить больше энергии в меньших объемах, что очень важно для применения в мобильных устройствах, которые становятся все меньше,а энергии требуют больше.

В статье также сообщается, что важнейшим направлением проводимых исследований является разработка гибких электродов из максена, вместо обычных для применения в гибких и переносных устройств хранения энергии.

По материалам: www.esciencenews.com

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Рецепт безопасных батарей - добавка из наноалмаза

Исследователи из Дрекселя сообщили, что добавление наноалмазов к раствору электролита в литиевых батареях может предотвратить образование дендритов, тензор-подобных отложений ионов, которые со временем могут расти внутри батареи и вызывать опасные сбои. (Фото предоставлено Университетом Дрекселя и Университетом Цинхуа).С целью предотвратить опасные неисправности лептопов исследователи из Университета Дрекселя разработали рецепт, который может превратить раствор электролита - ключевой компонент большинства батарей - в защиту от химического процесса, который приводит к поломкам, связанным с батареями.

 
20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины

На фото слева направо: замдиректора Рагуля А.В., Баглюк Г. А., Заворотный М.Г., профессор Юрий Гогоци, ученый секретарь Картузов В.В. и академик Фирстов С.А. 20 июня 2017 года по решению академического совета директору Института Наноматериалов им. А. Дж. Дрекселя, профессору Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора Института проблем материаловедения им. Францевича Национальной академии наук Украины..

 
Юрий Гогоци. Профессор наноматериалов и научный Эверест. Интервью для "Українська Правда. Життя"

altСейчас значительная часть жизни ученого Юрия Гогоци - это международные полеты из США по всему миру, лекции, открытие лабораторий, редактирование научного журнала ACS Nano (18-того в рейтинге Google Scolar среди тысяч). И как минимум две статьи каждый год для самых влиятельных научных журналов мира Nature и Science.

 
Юрий Гогоци – самый влиятельный ученый современной Украины - Канал 24

alt

Жизнь Юрия Гогоци – это постоянные перелеты между топовыми лабораториями мира, написание статей в лучших научных журналов мира и исследования материалов, которые могут изменить мир вокруг. Ученый из Киева ежегодно получает более миллиона долларов на лабораторные эксперименты, правда, только за границей. Прочитать лекции в Украине его приглашают крайне редко.

 
Интервью профессора Юрия Гогоци для Hromadske о науке, финансировании и перспективах

профессор Университета Дрекселя Юрий Гогоци Фото: Александр Попенко/ГромадськеЕго труды цитируют чаще, чем многих нобелевских лауреатов, он получает на исследования 2,2 миллиона долларов от родного университета, однако в Украине о Юрия Гогоци знают немногие: лишь несколько публикаций о нем в сети и 2-3 приглашение на выступления в год.

 
Лекция профессора Юрия Гогоци в НТУУ КПИ, 8 июня 13:00

Профессор Юрий  Гогоци, Университет Дрекселя, США

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Инженерно-физический факультет
Корпус №9, ауд. 101
Дата и время проведения: 8 июня в 13:00
Вход свободный

 
Научная лекция профессора Юрия Гогоци Открытие новых материалов и технологии будущего в ИПМ НАНУ, 7 июня 12:00

Профессор Юрий Гогоци

 Институт проблем материаловедения им.Францевича НАНУ

Главный корпус, Актовый зал (к. 208)

Дата и время проведения: 7 июня в 12:00

Вход свободный

 
Открытая лекция выдающегося ученого мирового уровня профессора Юрия Гогоци «Зарядиться на два миллиона» о последних достижениях в области наноматериалов и хранениия энергии, 7 июня, 19:00, Киев, фотостудия Lightfield Productions

профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя Ученый расскажет, как сочетаются инновации и фундаментальные исследования, сколько будут работать традиционные батарейки и аккумуляторы в будущем и какими будут источники света.

 
Нанотехнологии и энергия будущего: профессор Юрий Гогоци о нанотехнологиях в области хранения энергии на Всемирной научной ярмарке 2017 года World Science Fair 2017

Professor Yury Gogotsi at World Science Festival 2017Среди экспертов в студии World Science Fair 2017 выдающийся ученый из Университета Дрекселя профессор Юрий Гогоци, лауреат премии имени Фреда Кавли. 

 
Семинары Виктора Корсуна и Дугласа Грехема 7, 8, 12 июня в Киеве, Львове и Харькове: Инновационный менеджмент, продвижение, лицензирование, передача технологий и коммерциализации

alt7 июня в 14:30 в Научном Парке "Киевская политехника" состоится семинар с участием Виктора Корсуна (Vic Korsun, USA) и Дугласа Грэхема (Douglas Graham, USA), которые представят новую платформу для Инновационного менеджмента, продвижения, лицензирования, передачи технологий и коммерциализации

 
Максен MXene, открытый группой ученых из Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци, - новое имя среди двумерных наноматериалов

Исследователи из Института Наноматериалов Университета Дрекселя изучали максины на протяжении боле половины десятилетия. Слева направо: Алексей Гогоци, директора Центра Материаловедения (Украина), Габриэл Скалл, Бабак Анасори, Мухаммед Альхабиб и профессор Юрий Гогоци.На данный момент синтезированы и изучены более двадцати максенов (MXenes) - двумерных карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов, и еще ожидается, что десятки их будут синтезированы. Применение высоко электропроводящих максенов является очень перспективным для хранения энергии, экранирования и защиты от электромагнитных помех, электрокатализа, плазмоники и многих других приложений.

 
Вакансия: Постдокторант или научный сотрудник в Цзилиньском университете, г.Чанчунь, Китай, с возможностью стажировки в США.

alt

К вниманию молодых ученых - отличная возможность для начала успешной научной карьеры под руководством известного авторитетного профессора Юрия Гогоци.

- Позиция в одном из лучших университетов Китая с возможностью стажировки в США.

- Работа под руководством наиболее цитируемого украинского ученого, работающего зарубежом, профессора Юрия Гогоци;

- Научная работа в области новых двумерных  наноматериалов для энергетики;

- Цель работы: достижение прорыва в области возобновляемых источников энергии, публикация статей в ведущих международных журналах.

- Начальный срок - 1 год с возможностью продления до трех лет. Оплата в зависмости от квалификации.

 
Доктор Юрий Гогоци стал почетным профессором Цзилиньского университета, Чанчунь, провинция Цзилинь, Китай

профессор Юрий Гогоци и ректор Цзилиньского Университета Ли Юаньюань

20 октября 2016 года в торжественной обстановке прошла официальная церемония назначения доктора Юрия Гогоци почетным профессором Цзилиньского университета, Чанчунь, провинция Цзилинь, Китай.

 
Доклад Алексея Гогоци, директора Центра материаловедения в Цзилиньском Университете, Чанчунь, Китай, 19 октября 2016

Доклад директора MRC Алексея Гогоци в Колледже Физики Цзилиньского Университета, Чанчунь, 19 октября 2016Алексей Гогоци, директор Центра материаловедения, был приглашен профессором Хан Вей в Цзилиньский Университет для обсуждения совместного сотрудничества с научными подразделениями Университета в области разработки, синтеза материалов и технологии изготовления суперконденсаторов.

 
Защитное покрытие из наноматериала максена MXene для отражения и поглощения электромагнитных помех

Максен это тонкий и легкий наноматериал, который обладает уникальной способностью блокировать и поглощать электромагнитное излучение, что делает его идеальным для использования в качестве защитного механизма в электроникеГруппа исследователей из Университета Дрекселя и Корейского института науки и технологий работает над очисткой от таких электромагнитных помех с помощью нанесения на компоненты тонкой защитной пленки наноматериала под названием Максин.

 
Профессор Юрий Гогоци, директор Института Наноматериалов Университета Дрекселя, США, и директор Центра материаловедения Алексей Гогоци посетили Университет Цзилинь в Чанчуне, Китай.

Слева направо: директор Центра материаловедения Алексей Гогоци, проф. Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, и проф Gao Yu, проф. Fei Du, и  директор Лаборатории физики и технологий для современных батарей Университета Цзилинь проф.Yingjin Wei, Чанчунь, Китай. Они встретились с китайскими партнерами по научным исследованиям из Лаборатории физики и технологий для современных батарей Университета Цзилинь

 
Профессор Юрий Гогоци был награжден престижной премией 2016 Nano Energy Award, 15 июля 2016 в Пекине.

директор Института Наноматериалов Университета Дрекселя профессор Юрий Гогоци был награжден  престижной премией 2016 Nano Energy Award. директор Института Наноматериалов Университета Дрекселя профессор Юрий Гогоци был награжден  престижной премией 2016 Nano Energy Award. Эту награду профессору Юрию Гогоци вручал главный редактор журнала Elsevier и Nano Energy Zhong Lin Wang Профессор Юрий Гогоци сделал огромный вклад в изучение и понимание механизмов емкостного наколения энергии.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с победой в премии 2016 Nano Energy Award!

prof. Yury Gogotsi, Drexel University

Победителем престижной международной научной премии 2016 Nano Energy Award стал профессор Юрий Гогоци, директор Института наноматериалов Университета Дрекселя

 
Юрий Гогоци и Патрис Симон стали лауреатами международной премии RUSNANOPRIZE 2015 за разработку углеродных наноматериалов для суперконденсаторов

Лауреаты премии RUSNANOPRIZE 2015 проф. Юрий Гогоци (Университет Дрекселя, США) и проф. Патрис Симон (Университет Тулузы им. Поля Сабатье, Франция), 28 октября 2015 г. На форуме «Открытые инновации»,  открывшемся 28 октября 2015 г. в Москве, состоялась церемония вручения премии RUSNANOPRIZE за достижения в области нанотехнологий Юрию Гогоци и Патрису Симону

 
Проф. Юрий Гогоци, Университт Дрекселя и проф. Патрис Симон, Университет Тулузы им. Поля Сабатье вошли в шорт-лист номинантов премии в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE 2015

altОбъявлен шорт-лист претендентов на Международную премию в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE 2015, в числе трех команд - претендентов проф. Юрий Гогоци, Университт Дрекселя (США) и проф. Патрис Симон, Университет Тулузы им. Поля Сабатье (Франция).