Суперконденсаторы как перспектива для электродвигателя: эффективность новых технологий

Перспективы электродвигателей на суперконденсаторах...

Суперконденсаторы как перспектива для электродвигателя: эффективность новых технологий

В связи с ростом мирового спроса на энергоносители, существует проблема рационального использования ограниченных ресурсов энергии.  Решения требует вопрос о снижении потребления энергии одним из основных энергоемких направлений, к которому относится транспорт. На его долю приходится более 20% от общего объема первичной энергии в мире, а также наибольшее часть загрязнения окружающей среды.
В автомобильной промышленности активно ведутся разработки альтернативных видов топлива и высокоэффективных устройств накопления и сбережения энергии для электромобилей, грузового транспорта, самолетов и поездов.
Первые работы по разработке электрохимических конденсаторов проводились в середине 19 века Гемгольцем. Тогда же им было теоретически описано строение двойного электрического слоя на поверхности электродов и предсказание использования данного явления в устройствах для запасания энергии.
Первые практические результаты научных работ, связанных с применением суперконденсаторов относятся к середине 20 века, когда появился широкий круг материалов, позволяющих практически реализовать идею суперконденсатора. С другой стороны, разработку новых типов конденсаторов подстегивала потребность промышленности в мощных, быстро заряжаемых источниках тока с большим ресурсом.
В настоящий момент можно выделить несколько типов суперконденсаторных батарей по области применения для автомобилестроения:

- пусковые - подключаются параллельно стартерной аккумуляторной батареи для улучшения пусковых качеств и длительности жизни последней

- для поддержки питания мощных автомобильных акустических систем

- буферные - для использования в гибридных автомобилях, отличаются относительно низкой емкостью и большой выходной мощностью

- тяговые - для применения в качестве основного источника питания электромобиля.

Электродвигатели уже в ближайшем будущем станут основой практически всех силовых агрегатов транспортных средств в долгосрочной перспективе. Электрические приводы, независимо от происхождения источника питания, потребуют малогабаритных устройств для хранения или накопления электрической энергии, таких как суперконденсаторы и батареи или их комбинация.
Суперконденсаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с аккумуляторами в автомобильной промышленности. Они очень хорошо выдерживают резкие перепады напряжения и делают возможным сверхбыстрое накопление, хранение и подачу электрической энергии, необходимой для автомобильной промышленности. Они легкие и подходят для накопления или предоставления больших токов, что связано, прежде всего, с рекуперативным торможением и ускорением полного дросселя. Они позволяют нашим инженерам минимизировать электрические ударные нагрузки, которые сильно сокращают срок службы аккумулятора, а также позволяют лучше управлять "быстрыми изменениями состояния" в определенных случаях. Наконец, они должны пережить срок эксплуатации транспортного средства - суперконденсаторы имеют очень большой срок службы и могут выдерживать огромное количество циклов перзарядки.
Используя собственную методику обработки наноуглеродных материалов и наноалмазов, американские ученые из Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, США (DNI), под руководством украинского ученого, профессора Юрия Гогоци разработали целый ряд новых материалов и технологий для производства сверхемких суперконденсаторов различного применения - включая автомобильную и авиационну промышленность, электронику. Для микроэлектроники ими разработана новая револющионная технологию производства миниатюрных суперконденсаторов. Ее суть заключается в изготовлении электродов конденсатора - методом осаждения на подложку из диоксида кремния углеродистой пленки толщиной несколько микрометров, которую образуют, так называемые, нанолуковицы - множество углеродных наносфер, вложенных одна в другую, наподобие многослойности луковиц или матрешек.
Технология обладает потенциалом выхода суперконденсаторов совместимых с изготовлением кремниевых микрочипов и может похвастаться высокой плотностью мощности и практически бесконечным циклом жизни устройства.

технология суперконденсаторов с сайта Университета Дрекселя

технология суперконденсаторов с сайта Университета ДрекселяРис.: по материалам http://nano.materials.drexel.edu

 

Область применения новой технологии производства компактных и ёмких накопителей энергии, благодаря практически неисчерпаемому ресурсу суперконденсаторов, может быть довольно широкой : как перезаряжаемый источник постоянного тока, они могут использоваться в приборостроении, энергетике, так и в автомобилестроении, машиностроении и электротехнике. Многочисленные работы этой научной группы по суперконденсаторам и источникам энергии, совметно с учеными из других университетов, последние несколько лет публикуются в лучших нучных журналах мира, докладываются на большинстве крупных международных конференций и симпозиумов и признаны самыми передовыми в своей области.   
Дополнительно Вы можете: Прослушать интеръвью с профессором Ю.Г.Гогоци на тему ближайшей перспективы применеия наноуглеродных матералов, даное им авторитетному ресурсу Materials Today (аудиофайл запускается автоматически через несколько секунд после перехода по ссылке).
Тематические статьи на сайте:
Группой американских ученых из Университета Дрекселя разработана нанотехнология суперконденсаторов
Награждение международной премией R&D 100 Award 2009 Университета Дрекселя и Y-Carbon Inc.
Международная научная конференция MRS Fall Meeting 2009 в Бостоне

Некоторые научные публикации по суперконденсаторам исследовательской группы Института Нанотехнологий Университета Дрекселя ( Drexel Nanotechnology Institute, USA) под руководством профессора Юрия Гогоци:
1. V. Presser, L. Zhang, J.J. Niu, J. McDonough, C. Perez, H. Fong, Y. Gogotsi, Flexible Nano-felts of Carbide-Derived Carbon with Ultra-high Power Handling Capability. Advanced Energy Materials, 1, 423-430 (2011)
2. J. Chmiola, C. Largeot, P.-L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi, Monolithic Carbide-Derived Carbon Films for Micro-Supercapacitors, Science, 238, 480-483 (2010)
3. P. Simon, Y. Gogotsi, Charge Storage Mechanism in Nanoporous Carbons and Its Consequence for Electrical Double Layer Capacitors, Philosophical Transactions of the Royal Society A, 368, 3457–3467 (2010)
4. V. Pelletier, S. Bhattacharyya, I. Knoke, F. Forohar, M. Michay, Y. Gogotsi, Nanoenergetics: Copper Azide Confined Inside Carbon Nanotubes, Adv. Funct. Mater. (2010) DOI : 10.1002/adfm.201000858
5. D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, Ultrahigh-power micrometre-sized supercapacitors based on onion-like carbon, Nature Nanotechnology Newsletter. (2010) DOI:10.1038/nnano.2010.162
6. D. Pech, M. Brunet, H. Durou, P. Huang, V. Mochalin, Y. Gogotsi, P.-L. Taberna, P. Simon, Ultrahigh power electrochemical micro-capacitors based on onion-like carbon, Nature Nanotechnology 5, 651-654 (2010)J.
7. Segalini, B. Daffos, P.L. Taberna, Y. Gogotsi, P. Simon, Qualitative Electrochemical Impedance Spectroscopy study of ion transport into sub-nanometer carbon pores in Electrochemical Double Layer Capacitor Electrodes, Electrochimica Acta, 55 (25) 7489-7494 (2010)
8. P. Simon, Y. Gogotsi, "Materials for Electrochemical Capacitors" // Nature Materials, 2008, 7 (11), 845 - 854
9. J. Chmiola, G. Yushin, Y. Gogotsi, C. Portet, P. Simon, P. L. Taberna, "Anomalous Increase in Carbon Capacitance at Pore Sizes Less Than 1 Nanometer" // Science, 2006, 313, 1760 - 1763

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Без ума от максенов MXenes. Спустя десятилетие после открытия в Дрекселе двухмерные материалы подталкивают инженеров и ученых к переосмыслению границ возможного.

Профессор Юрий ГогоциГоворят, что большие вещи приходят в маленьких посылках. И в течение последнего десятилетия MXenes - двумерные соединения углерода и переходных металлов, впервые разработанные в Дрекселе - подтверждали эту точку зрения, стимулируя инновации во многих областях науки. Теперь новое партнерство открывает возможности для помощи MXenes в спасении жизней.

 
В Сумском Государственном Университете состоится лекция профессора Юрия Гогоци «От открытия новых (нано) материалов к передовым технологиям или приключения украинца в Америке», 27 мая 2021 г. в 16:00, Конгресс-Центр СумГУ

Профессор Юрий Гогоци, директор Института наноматериалов имени А. Дж. Дрекселя, Университет ДрекселяСовместно с этой лекцией профессор Юрий Гогоци получит звание почетного доктора Сумского государственного университета.Это уникальная возможность приобщиться к науке мирового уровня, окунуться в мир наноматериалов и проследить научный путь нашего соотечественника. Лекция пройдет в 16:00, 27 мая 2021 года в Конгресс-Центре СумГУ, зал Сингапур 220, в г. Сумы.

 
Использование двумерного материала максена MXene, в качестве фильтра в носимом устройстве искусственной почки

MXene порыМатериал MXene, который был впервые получен учеными из Университета Дрекселя в 2011 году, - это еще один шаг к тому, чтобы изменить жизнь людей, страдающих болезней почек на последней стадиии.  Nephria Bio, Inc., спин-офф южнокорейской компании по производству медицинского оборудования EOFlow Co., Ltd., расположенной в США, подписала лицензионное соглашение с университетом на использование двумерного материала максена MXene, в качестве фильтра в носимом устройстве искусственной почки, которое они разрабатывают. Эта технология может позволить многим из миллионов людей всем мире, страдающих заболеванием почек последней стадии, более свободно передвигаться, не тратя часы каждую неделю на привязанность к большим диализным аппаратам.

 
Покрытие из максена MXene может защищать носимые устройства от электромагнитных помех

mxene-emi-fabric

Группа ученых из Университета Дрекселя (Филадельфия, США) опубликовала многообещающие результаты исследования, которые показывают, что ткань, покрытая высокопроводящим двумерным материалом под названием MXene, очень эффективно блокирует электромагнитные волны и потенциально опасное излучение. Эта работа может существенно повлиять на промышленное производство электронного текстиля, становясь привлекательной альтернативой используемым в настоящее время металлическим проводящим красителям, и позволяя широко внедрять бесшовно интегрированные текстильные устройства со значительными улучшенные характеристики экранирования электромагнитных помех.

 
Интервью профессора Юрия Гогоци о его исследованиях, разработках, поисках вдохновения, финансирования и контактов в научном мире

Профессор Юрий Гогоци, директор Института наноматериалов имени А. Дж. Дрекселя, Университет ДрекселяПрофессор Юрий Гогоци - самый цитируемый ученый украинского происхождения и один из самых высоко цитируемых ученых в мире. Например, по данным Microsoft Academic за период последние 5 лет в области материаловедения (Materials science) он занимает второе место в мире по цитируемости его работ, по уровню h-index - четвертое. Также и другие наукометрические системы присваивают ему высочайшие рейтинги в мире (Web of Science, Scopus, Google Analytics). Он открыл новые материалы - Максены, которые, возможно, изменят мир. Юрий работал в Германии, Японии, Норвегии и, наконец, остановился в США, в Университете Дрекселя. Публикуем перевод интервью профессора Юрия Гогоци Журналу "Куншт" о его разработках, поисках вдохновения, финансирования и контактов в научном мире.

 
Масштабируемая система c реактором травления для производства перспективных 2D наноматериалов максенов MXenes

alt

Недавно группа исследователей опубликовала статью в журнале Advanced Engineering Materials о том, что лабораторная система с реактором травления, разработанная в Materials Research Centre в Киеве совместно с Университетом дрекселя, может превращать керамический материал-исходник в порошкообразный черный двумерный карбид титана MXene партиями в количестве до 50 граммов за синтез.

 
Участник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетил партнерскую организацию Вильнюсский университет, Вильнюс, Литва, 22.02-14.03.2020 г

altУчастник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), выполнил визит в партнерскую организацию Вильнюсский университет, для выполнения программы совместных исследований и тренингов.

 
Наука будущего и использование разумных наноматериалов в новых технологиях. Лекция профессора Юрия Гогоци для школьников, воспитанников Малой академии наук Украины в КПИ им. Сикорского, 27 февраля 2020 года

altВсемирно известный ученый-украинец профессор Юрий Георгиевич Гогоци рассказал о последних новинках нанотехнологий. Возможность для общения с ученым мирового уровня - редкость, но воспитанникам Малой Академии Наук Украины (МАН) везет. Именно такую ​​возможность они недавно получили.

 
Участник проекта H2020 NANO2DAY от MRC Иван Гришко посетил партнерскую организацию Латвийского Университета, Риги, в ноябре-декабре 2019 года

altИнженер-исследователь из MRC Иван Гришко находится в Латвийском университете, где провел семинар по MXenes

 
Участники проекта Horizon 2020 CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетили партнеров по проекту из Университета им. Адама Мицкевича в Познани, Польша, 27.10-26.11.2019019

altСовместно с польскими коллегами они  получали навыки работы с оборудованием, участвовали в работе по тестированию и характеризации наноматериалов.

 
Участники проекта Horizon 2020 NANO2DAY из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, Зозуля Юлия и Виталий Балицкий посетили партнерскую организацию Каунасский технологический университет, Каунас, Литва, август 2019 г. - октябрь 2019 г.

altСовместно с коллегами из КТУ они занимались симуляциями и моделированием механических свойств наноматериалов и нанокомпозитов.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с избранием в члены Европейской академии наук (EURASC)!

профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, СШАВ январе 2019 года профессор Юрий Гогоци был избран членом Европейской академии наук (EURASC). Профессор Юрий Гогоци - ведущий украинский и американский ученый в области химии, с 2000 года профессор Университета Дрекселя, Филадельфия, США, в области материаловедения, инженерии и нанотехнологий.

 
Участники проекта Horizon 2020 NANO2DAY из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетили партнерскую организацию Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь, май 2019 года.

altMRC посетил партнерскую организацию Белорусский государственный университет. Вместе с нашими партнерами из БГУ был обсужден и изучен опыт в области диспергирования CNT и графена в полимерах. Проводились сравнения разных смол  и отвердителя для изготовления полимерной матрицы.

 
Визит по проекту NANO2DAY доктора Виталися Лейсиса из Каунасского технологического университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в ноябре-декабре 2018 г.

altУченый исследователь Виталис Лейсис из Каунасского университета, Каунас, Литва, посетил Materials Research Centre, Киев, Украина,  в ноябре-декабре 2018 года для выполнения работ по проекту MSCA RISE NANO2DAY в рамках международной европейской научно-исследовательской программы Горизонт-2020.

Целью этого проекта является разработка новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами путем включения новых наноматериалов MXene в полимерные матрицы. Во время своего визита доктор Виталис Лейсис ознакомился с разработками партнера проекта MRC, также обсуждались и прорабатывались компьютерные симуляции и моделирование структуры полимерных композитов допированных максенами (MXenes) для дальнейшего расчета их прочностных свойств.

 
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.