Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Графен помог ученым МГУ понять механизм работы литиевых аккумуляторов нового типа

Ключевые слова:  литий - воздушные аккумуляторы

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

10 августа 2018

По сообщениям Пресс-службы МГУ, сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М. В. Ломоносова запатентовали электрохимическую ячейку, позволяющую с помощью высокочувствительных методов анализа поверхности изучать химические процессы в материалах аккумуляторов.

Разработка позволит понять процессы, возникающие при использовании литий-воздушных аккумуляторов. Этот тип аккумуляторов при одинаковой массе обладает в 5 раз большей ёмкостью, чем широко распространённые литий-ионные. Чтобы повысить эффективность работы аккумуляторов, ученые во всем мире предлагают использовать новые химические реакции, которые, протекая при зарядке и разрядке батареи, позволяют получить более высокий удельный энергозапас.

Одной из наиболее перспективных альтернатив самым распространенным сейчас литий-ионным аккумуляторам считаются литий-воздушные элементы. Литий-воздушные аккумуляторы вырабатывают электроэнергию буквально из воздуха: принцип их работы основан на окислении лития кислородом воздуха до пероксида лития Li2O2. Они легкие и могут обеспечить примерно в 5 раз большую удельную энергию, чем литий-ионные аккумуляторы. Но, несмотря на преимущества, промышленное производство литий-воздушных аккумуляторов пока не запущено: разработчики сталкиваются с фундаментальными и технологическими сложностями. Одним из существенных недостатков инновационных аккумуляторов стала быстрая деградация положительного электрода батареи, который, как правило, сделан из углерода. Уже после десятка циклов зарядки-разрядки аккумулятор перестает работать. Чтобы определить insitu(т.е. непосредственно во время работы) процессы, которые приводят к необратимым изменениям в электролите и электродах, специалисты создают модельные электрохимические ячейки.

С помощью своей разработки научная группа химиков из МГУ под руководством доктора химических наук, профессора Лады Яшиной выяснили, что к разрушению положительного электрода в литий-воздушных батареях приводит реакция углерода с очень активным и при этом короткоживущим супероксидом лития LiO2, а не пероксидом Li2O2, как считалось ранее. Супероксид в ячейке «живет» всего несколько секунд, однако за это время успевает окислить поверхность углеродного электрода. Ключевым аналитическим методом, прояснившим причину деградации электрода, стала рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Метод позволяет детально исследовать процессы на поверхности, при этом глубина зондирования может достигать всего одного атомного слоя. Однако в обычных электрохимических ячейках электроды или слой электролита оказываются слишком толстыми и поглощают фотоэлектроны, тем самым мешая «увидеть», что происходит на поверхности раздела электрод-электролит. Сотрудники МГУ решили эту проблему, нанеся на твердый электролит одноатомный графеновый слой, который прозрачен для фотоэлектронов.

«В использовании графена сегодня нет ничего необычного, во многих лабораториях по всему миру научились выращивать графен и переносить его на нужную подложку, — поясняет один из авторов патента старший научный сотрудник кафедры неорганической химии Даниил Иткис. — Обычно графен выращивают на поликристаллической медной фольге. Мы научились переносить графен на самые разные подложки, в том числе на твёрдый литий-проводящий электролит, о котором идет речь в патенте».

Разработанная ячейка позволяет исследовать процессы не только в литиевых батареях, но и в источниках тока с другими носителями заряда. Например, благодаря использованию графена, действующего в ячейке в качестве рабочего электрода, можно определить, при каких потенциалах электролиты различных источников тока перестают быть устойчивыми, и какие процессы сопровождают деградацию электролитов. Поэтому разработка поможет понять, как улучшить аккумуляторы самого разного типа.

Автор фотографий - Дарья Смирнова/Кафедра фотожурналистики и технологий СМИ МГУ.





Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Фуллереновая "акула" наномира
Фуллереновая "акула" наномира

РИА Новости: В Стокгольме вручили Нобелевскиe премии
10 декабря состоялась церемония награждения Нобелевскими премиями за 2018 год, вручены премии в области медицины или физиологии, физики, химии. Накануне Нобелевские лауреаты прочитали лекции.

Лекционный курс «Элементоорганические соединения» в рамках развития проекта «Академический (научно-технологический) класс в московской школе»
В период с 9 по 30 октября 2018 г. в ИОНХ РАН были прочитаны лекции, посвященные элементоорганическим соединениям.

Лекционный курс «Пероксидные соединения» в рамках развития проекта «Академический (научно-технологический) класс в московской школе»
В период с 19 ноября по 10 декабря 2018 г. в ИОНХ РАН были прочитаны лекции, посвященные пероксидным соединениям.

Эффект лотоса
Никельшпарг Эвелина Ильинична
Кратко и поэтично об одном из самых известных эффектов, который так любят школьники и участники наноолимпиады - об эффекте лотоса...

Рентгеновская микроскопия
А.В.Афонин, Мельников Геннадий Семенович
В предлагаемом кратком обзоре сделана попытка оценки возможностей применения рентгеновских методов анализа регулярных структур. Обзор может быть полезен участникам наноолимпиады и всем, кто интересуется современными методами анализа и их последовательным развитием.

Как работает оптический нанопинцет
Богданов Константин Юрьевич
Оптический (или лазерный) пинцет представляет из себя устройство, использующее сфокусированный луч лазера для передвижения микроскопических объектов и удержания их в определённом месте. Автор этой статьи постарается в популярной форме ответить на вопрос - почему некоторые частицы, оказавшись в лазерном луче, стремятся в ту область, где интенсивность света максимальна, т.е. в фокус. И это устройство теперь связано с Нобелевскими премиями навечно!

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.