Учёные КФУ разработали новые материалы для металл-ионных аккумуляторов

Учёные Института физики Казанского федерального университета и их зарубежные коллеги предложили новые материалы, которые могут стать экологичной и энергоэффективной альтернативой традиционным анодным материалам металл-ионных аккумуляторов.

В связи с использованием ископаемого топлива, ищут чистые и возобновляемые источники энергии: солнечную, геотермальную энергию, биомассу, а также гидро-, приливно-отливные и ветровые. Но «зелёная» энергетика ограничена и зависит от внешних условий, поэтому важно разработать эффективные системы хранения энергоносителей.

Современные гибридные автомобили и портативная электроника работают на аккумуляторах высокой мощности.

Особенно популярны металл-ионные аккумуляторы, в частности литиевые. Они компактные и имеют много преимуществ: высокую энергоплотность, долгий срок службы, большое напряжение, медленный саморазряд.

Однако необходимо найти более экологичные альтернативы традиционным неорганическим электродам. Также учёные ищут материалы с большей ёмкостью и сроком службы.

Учёные Казанского университета предложили использовать оксотриарилметил, солегированный гетероатомами (B/N/P@oxTAM), в качестве материала для металл-ионных батарей.

Ирина Гумарова из Института физики КФУ отмечает, что

этот материал имеет увеличенный жизненный цикл и высокую скорость заряда–разряда благодаря низкому напряжению холостого хода и диффузионному энергетическому барьеру, а также высокой теоретической удельной ёмкости.

С помощью компьютерного моделирования, основанного на теории функционала плотности, изучили структуру и свойства материала B/N/P@oxTAM.

Оказалось, что это высокопористый материал с высокой адсорбционной способностью. Также определили его парциальную плотность состояний, напряжение холостого хода, теоретическую удельную ёмкость и диффузионный энергетический барьер.

Удельная ёмкость составила 513,75 мАч/г, а напряжение — 0,07 В.

Нанолист C3N3 с присоединёнными тиофеновыми группами тоже имеет похожие свойства, — добавила она. Благодаря своим характеристикам (высокая теоретическая удельная ёмкость, небольшой диффузионный барьер и низкое рабочее напряжение) соединение может использоваться в производстве литий-ионных аккумуляторов.

Это соединение — ковалентный триазиновый каркас. За последние пару лет в разработке материалов для металл-ионных аккумуляторов этот класс соединений стал популярным благодаря уникальному сочетанию свойств. Триазиновые связи обеспечивают стабильность, а открытые каналы и большие межслойные пространства улучшают электрохимические характеристики.

Применение этих материалов в металл-ионных аккумуляторах ограничено из-за низкой растворимости в апротонных электролитах и недостаточной проводимости. Кроме того, ёмкость батареи ограничена из-за небольшого количества активных позиций для адсорбции атомов металлов.

Мы ищем новые материалы с помощью компьютерного моделирования различных модификаций структуры и состава ковалентных органических каркасов. Это позволит решить существующие проблемы. Например, мы предполагаем использовать допирование, замещение частей структуры, присоединение дополнительных функциональных групп и создание композитов с другими материалами.

Эти изменения могут улучшить возможности электрохимического хранения энергии и электрохимические свойства материала.

Исследования провели учёные Казанского федерального университета: Садегх Кавиани, Ирина Гумарова и доцент кафедры общей физики Олег Недопёкин. Руководил исследованием первый проректор КФУ Дмитрий Таюрский.

В исследовании также участвовали иранские учёные: Резван Рахими (Университет Арак) и Ехсан Шакерзадех (Университет Шахида Чамрана).

Результаты опубликованы в журналах Journal of Power Sources и Inorganic Chemistry Communications.

18.07.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее

Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ...

EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления

Из-за распространения возобновляемых источнико...

Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам

Исследователи разработали методику создания сл...

Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей

Литий-ионные батареи широко используются в&nbs...

JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x

Пьезокатализ — перспективная эколог...

EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо

Новый метод переработки бикарбонатного раствор...

Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу

Углеродный след богатых людей в обществе ...

Инженеры MIT разрабатывают крошечные батареи для питания роботов
Инженеры MIT разрабатывают крошечные батареи для питания роботов

Маленькие словно песчинки цинково-воздушные ба...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии