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

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).