Рецепт безопасных батарей - добавка из наноалмаза

RusНа русскомEngIn English

На сегодняшний день литиево-ионные батареи, широко используемые в мобильных устройствах от мобильных телефонов до ноутбуков, имеют один из самых длинных жизненных циклов среди коммерческих батарей, но в последнее время они также связаны с недавними взрывами и воспламенением из-за короткого замыкания в мобильных устройствах.
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).В надежде предотвратить эти 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.
Доктор Юрий Гогоци, почетный профессор Университета Дрекселя и его исследовательская группа из факультета материаловедения и инженерии, недавно опубликовали свою работу под названием «Наноалмазы подавляют рост литиевых дендритов» - в журнале Nature Communications.
В нем описывается процесс, посредством которого наноалмазы - крошечные частицы алмаза, в 10 000 раз меньшие, чем диаметр волос, - сокращают электрохимическое осаждение, что может привести к опасному короткому замыканию ионно-литиевых батарей.
Поскольку батареи используются и заряжаются, электрохимическая реакция приводит к перемещению ионов между двумя электродами батареи, что является сущностью электрического тока. Со временем это перемещение ионов может создать усиление в форме усиков - почти как сталактиты, образующиеся внутри пещеры. Поскольку батареи используются и заряжаются, электрохимическая реакция приводит к перемещению ионов между двумя электродами батареи, что является сущностью электрического тока. Со временем это перемещение ионов может создать усиление в форме усиков - почти как сталактиты, образующиеся внутри пещеры.
Чтобы избежать образования дендритов и свести к минимуму вероятность воспламенения, текущие конструкции батарей включают в себя вместо чистого лития один электрод из графита, заполненный литием. Использование графита в качестве носителя для лития предотвращает образование дендритов.
Образование дендритов (иллюстрация и микроскопия в левой колонке) происходит в литий-ионных батареях с течением времени и может привести к опасным неисправностям, таким как короткое замыкание и пожары. Добавление наноалмазов к раствору электролита внутри батареи помагает упорядочить осаждение ионов лития (правая колонка), поэтому дендриты не образуются.Но литий интеркалированный графит хранит в 10 раз меньше энергии, чем чистый литий. Прорыв команды профессора Гогоци означает, что возможен большой запас энергии, поскольку в чистых литиевых электродах можно добиться устранения образования дендрита.
Безопасность батареи является ключевым фактором для этого исследования», - сказал Гогоци. «Маленькие первичные батареи в часах используют литиевые аноды, но они разряжаются только один раз. Когда вы начинаете заряжать их снова и снова, дендриты начинают расти. Может быть несколько безопасных циклов, но рано или поздно произойдет короткое замыкание. Мы хотим исключить или, по крайней мере, минимизировать эту возможность».
Гогоци и его коллеги из Университета Цинхуа в Пекине и Университета науки и техники Хаучжун в Ухане (Китай) сосредоточили свою работу на создании более стабильных литиевых анодов и литиевого покрытия, которые предотвращают увеличение дендритов.
Они добились этого, добавляя наноалмазы к раствору электролита в батарее. Наноалмазы применялись в гальванической промышленности в течение некоторого времени, чтобы сделать металлические покрытия более однородными. Хотя они намного меньше и дешевле, чем алмазы, которые используют в ювелирном деле, наноалмазы по-прежнему сохраняют регулярную структуру и форму своих дорогих предшественников. Когда они осаждаются, то, естественно, скользят вместе, образуя гладкую поверхность.
Исследователи обнаружили, что это свойство чрезвычайно полезно для устранения образования дендритов. В статье они объясняют, что ионы лития могут легко прикрепляться к наноалмазам, поэтому, когда они наносят слой электрода, то делают это таким же образом, как частицы наноалмаза, с которыми они связаны. В статье сообщается, что смешивание наноалмазов в растворе электролита литиево-ионной батареи замедляет образование дендрита до нуля через 100 циклов заряда-разряда.
Если сравнивать этот процесс с игрой Tetris, то представьте скопление несовместимых блоков, которые, как правило, приводят проигрышу, что эквивалентно дендриту. Добавление наноалмазов в смесь похоже на использование чит-кода, который направляет каждый новый блок в нужное место, чтобы завершить линию и предотвратить формирование грозной башни из несовместимых блоков.
Гогоци отмечает, что открытие его группы - это только начало процесса, который в конечном итоге может обнаружить добавки к электролиту, такие как наноалмазы, широко используемые для производства безопасных литиевых батарей с высокой плотностью энергии. Первоначальные результаты уже показывают стабильный цикл зарядки-разрядки в течение 200 часов, что достаточно долго для использования в некоторых промышленных или военных приложениях, но не подходит для батарей, используемых в ноутбуках или мобильных телефонах.
Исследователи также должны провести тестирование большого количества батарейных ячеек в течение достаточно длительного периода времени при различных физических условиях и температурах, чтобы гарантировать, что дендриты не будут расти.
«Это потенциально может изменить игру, но трудно быть на 100% уверенным, что дендриты никогда не будут расти», - сказал Гогоци. «Мы ожидаем, что первое использование нашей предлагаемой технологии будет в менее важных приложениях, а не в сотовых телефонах или автомобильных аккумуляторах. Для обеспечения безопасности, добавки к электролитам, таким как наноалмазы, необходимо сочетать с другими мерами предосторожности, например использовать негорючие электролиты, более безопасные электродныхе материалы и более сильные сепараторы».

Источник: https://www.nature.com/articles/s41467-017-00519-2.pdf

 

 

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

ADVANCED SCIENCE NEWS: Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего».

yurigogotsi_drexel_university_2018.jpg - 466.16 Kb

Юрий Гогоци прирожденный  химик, его волнуют научные открытия и он даже не представляет, что мог бы заниматься чем- то иным.

Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего». Он с большим энтузиазмом относится к использованию нанотехнологий для создания «новых искусственных материалов, конструкций и устройств из наноразмерных строительных блоков» и к более широкому применению «симуляций, моделирования и компьютерных расчетов для решения проблем материаловедения», хотя и признает обеспокоенность по поводу неизвестных эффектов, которые искусственный интеллект окажет на нашу будущую жизнь. 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества по программе Горизонт 2020 посетили партнерскую организацию Университет Дрекселя, Филадельфия, США, сентябрь-октябрь 2018 г.

alt

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Дрекселя, перенимают опыт в синтезе двумерных наноматериалов максенов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег из группы Института Наноматериалов Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци по синтезу максенов, их обработке и применениям для разных назначений. Участниками  от MRC совместно с  исследователями из Дрекселя в химической лаборатории Университета Дрекселя были синтезированы максены  для нужд проекта NANO2DAY. 

 
Директор Materials Research Centre Алексей Гогоци во время рабочей поездки в Университет Дрекселя по по проекту NANO2DAY выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre

altДиректор Materials Research Centre (Киев, Украина) Алексей Гогоци  во время рабочей поездки по по проекту  европейской программы HORIZON 2020 MSCA RISE Project №777810 NANO2DAY в Университет Дрекселя выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre, ее деятельности и участии в международных научно-исследовательских проектах, и в частности проекта NANO2DAY.

 
Директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer из University of Chemistry and Technology, Прага, Чехия, и посетил его семинар по 2d наноматериалам, Университет Дрекселя, США, 18 октября 2018 г.

altВо время рабочей поездки в Университет Дрекселя по международномунаучно-исследовательскому проекту NANO2DAY в рамках европейской научной программы HORIZONT 2020 директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer  из Высшей школы химической технологии,  Прага, Чехия, и посетил его семинар по наноматериалам. Професоор Zdenek Sofer выступил с интересным докладом посвященным разным двумерным материалам помимо графена. 

 

 
Визит по проекту NANO2DAY ученого-исследователя Максима Плахотнюка из Датского Технического Университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в сентябре-ноябре 2018 г.

NANO2DAY project Maksym Plakhotnyuk, DTU visited MRC, November 2018Ученый-исследователь Максим Плахотнюк из исследовательской группы Technical University of Denmark (DTU), возглавляемой проф. Леоном Мишнаевским (prof. Leon Mishnaevsky, Technical University of Denmark), посетил Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении сентября-ноября 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с вручением Ордена Дружбы от Китайского правительства, 29 сентября 2018

altНаграду профессору Юрию Гогоци вручал Вице-премьер министр Китая Лю Хе. Орден Дружбы - высшая государственная награда Китайской Народной Республики для иностранных граждан. Орден Дружбы - самая высокая награда Китая для иностранных экспертов, которые внесли выдающийся вклад в экономическое и социальное развитие страны.

 
15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018

alt15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018. В этой конференции, организованной международным форумом YES приняли участие ведущие политики, дипломаты, бизнесмены, общественные деятели и эксперты из 28 стран.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци, который по версии Clarivate Analytics стал одним из самых влиятельных ученых в области физики в 2018 году!

Professor Yury GogotsiУченый украинского происхождения Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, (Филадельфия, США) был назван известным рейтинговым агенством Clarivate Analytics одним из самых влиятельных ученых мирового класса по количеству цитирований его публикаций.

 
NAP 2018: Восьмая Международная конференция "Наноматериалы: применение и свойства", Затока, Украина, 9-14 сентября 2018,

2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials Applications & Properties”

С 9 по 14 сентября на берегу Черного моря в пгт Затока (Одесская область) прошла уже традиционная 8-я Международная конференция «Наноматериалы: применение и свойства» (2018 IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties) 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, июль-сентябрь 2018

alt

Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, директор и руководитель проекта от MRC Алексей Гогоци и  Вероника Загородная в рамках международного научного сотрудничества посетили партнерскую организацию Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, Словакия, в соответствии с планом коммандировок по проекту.

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Института Полимеров, делятся своим опытом в синтезе двумерных наноматериалов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег  по полимерам и композиционным материалам.

 
Рабочая поездка по проекту NANO2DAY проф. Марии Омастовой в Центр Материаловедения, Киев, Украина, июль-август 2018

PrПрофессор Мария Омастова, Институт Полимеров Словацкой Академии Наук, Братислава, и директор Центра Материаловедения Алексей Гогоци, июль-август 2018Профессор Мария Омастова из Института полимеров Словацкой академии наук, Братислава, Словакия, посетила  Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении июля-августа 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Первая международная конференция по максенам MXenes, Цзилиньский Университет, Чанчунь, Китай, 24-26 мая 2018

MXene conference 2018Встреча является первой международной конференцией, посвященной двумерным материалам максинам MXene, которая должна помочь ученым в изучении двумерных материалов и энергии взаимодействовать, а также обсуждать достижения и проблемы в различных областях.

 
6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» на Восьмом форуме по новым материалам (CIMTEC 2018) в Перудже, Италия, 11-14 июня 2018

Фото Yury Gogotsi.6-я Международная конференция «Новые функциональные углеродные наноматериалы» в рамках 8-го Форума по новым материалам на CIMTEC 2018, проведенного в Перудже, Италия, посвящена недавним достижениям и задачам в области синтеза, структурного контроля и моделирования на мезо- и наномасштабах разнообразия малоразмерных аллотропов углерода, включая наноалмазы, алмазоподобный углерод, фуллерены, нанотрубки, графен и графеновые структуры, а также углеродные сети с высокой площадью поверхности, которые являются перспективными для ряда новых применений в области преобразования и хранения энергии, очистки воды, высокоскоростной наноэлектроники, оптоэлектроники, фотоники, квантовой обработки данных, квантовых вычислений, биоизмерения, доставки лекарств, медицинской визуализация, теплового управления, катализа, смазок и т. д.

 
Вручение диплома Почетного доктора КПИ им. Игоря Сикорского профессору Юрию Георгиевичу Гогоци

Юрию Гогоци было присвоено звание Почетного доктора КПИ, 14  мая 2018 г.Поздравляем профессора Юрия Гогоци с получением звания Почетного доктора Национального технического университета Украины" Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского ,14 мая 2018!

 
H2020-MSCA-RISE проект NANO2DAY, встреча участников проекта в Латвийском университете, 10-11 мая 2018 г.

altПроект H2020-MSCA-RISE NANO2DAY «Многофункциональные полимерные композиты, допированные новыми двумерными наночастицами для продвинутых применений», начался 1 мая 2018 года ипродлится 4 года. Он направлен на разработку новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами за счет включения новых нанолистов MXene в полимерные матрицы. 

 
«Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», специальная сессия посвященная европейскому проекту assymcurv в рамках программы Horizon 2020

ilt logoC 2 по 5 октября 2017 в Физико-техническом институте низких температур (ФТИНТ) имени Б.И. Веркина НАН Украины прошла пятая Международная конференция «Нанобиофизика: фундаментальные и прикладные аспекты», организаторами которой выступили ФТИНТ имени Б.И. Веркина НАН Украины и Институт физики НАН Украины.

 
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.

 
Рабочая поездка в Цзилиньский университет и международное сотрудничество

Visit to Jilin University, Changchun, ChinaАлексей Гогоци, директор Materials Research Centre с рабочей поездкой посетил Цзилиньский Университетв Чанчуне, Китай. Он провел рабочую встречу с профессором Юрием Гогоци , заслуженным профессором Университета Дрекселя, США. и Цзилиьского университета, а также профессором Хан Вей , исполнительным заместителем директора международного сотруднического Центра Талантов в Международном центре наук будущегою Они обсудили текущие совместные исследовательские работы по современным материалам для суперконденсаторов и других применений.

 
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..

 
Команда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал для программы Горизонт 2020»

horizon2020 семінарКоманда Materials Research Centre 14 февраля 2018 на базе Национального авиационного университета посетила Информационный тренинг «Как написать успешный пропосал  для программы Горизонт 2020» в рамках информационного дня НАУ.