Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Российские физики показали, как подобрать растворители для магний-ионных аккумуляторов
Ученые из МФТИ и ОИВТ РАН показали, как корректно рассчитывать эффективность аккумуляторов из новых материалов методом компьютерного моделирования. Они предложили теоретическую модель взаимодействия проводящих ионов с окружающим растворителем и электродом. Методику можно использовать для поиска оптимальных растворителей и точного расчета характеристик аккумуляторов.
Работа опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics. Исследование было поддержано Российским научным фондом. Литий-ионные аккумуляторы применяются в большинстве современных электронных устройств. Они долговечны, медленно разряжаются при простое и не требуют обслуживания. Однако литий — металл редкий и относительно дорогой, поэтому ученые тестируют в качестве альтернативного переносчика заряда ионы магния и кальция.
Экспериментальные результаты подтверждают компьютерным моделированием, чтобы более детально измерить характеристики и подобрать материалы для аккумулятора. При этом некоторые параметры моделей выбираются из общих соображений, что может существенно влиять на физические свойства аккумулятора. Особенно это актуально при замене иона лития +1, на магний и кальций с положительным зарядом +2.
Физики из МФТИ проанализировали последние публикации про магний-ионные батареи в научных журналах и обнаружили, что в них неаккуратно учитывается дальнее взаимодействие зарядов. Ученые предложили более корректную модель, которая лучше описывает экспериментальные данные, провели симуляции и получили хорошее согласие с экспериментом.
Максим Орехов, сотрудник лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ, рассказывает: «Один из трендов в области аккумуляторов — это уйти от лития к другим, более распространенным и дешевым металлам. Наша работа теоретическая, про 2-валентные ионы, конкретно про магний. Мы выяснили, что квантово-механические расчеты очень чувствительны к дальнодействующему взаимодействию».
Для расчетов используется следующая система. Ион магния окружен двумя типами молекул растворителя: 3-метоксипропиламином и 1-метокси-2-пропиламином, которые изолируют его от остальных соединений. Все вещество вне оболочки считается в приближении единой средой с заданными электрическими свойствами — в частности, с усредненной диэлектрической проницаемостью. Проводятся два расчета: когда магний имеет заряд +1 — на нем есть электрон — и +2 — когда электрон перешел на электрод или в растворитель. Разница энергий системы в этих двух случаях показывает, насколько легко переносится электрон, а значит, насколько быстро происходит зарядка аккумулятора.
Оказалось, что величина диэлектрической проницаемости очень сильно влияет на энергию переноса, хотя во многих исследованиях она подбиралась из общих соображений. Для ионов магния этот эффект гораздо значительнее, чем в литии, поскольку они имеют в два раза больший заряд.
Также ученые проанализировали взаимодействие иона и оболочки с электродом. Они предложили метод учета пассивации электрода — процесса роста слоя из продуктов распада химических реакций на его поверхности. Этот слой имеет конечную диэлектрическую проницаемость и затрудняет перенос электрона, что приводит к падению эффективности аккумулятора. Симуляции методом функционала плотности совпали с экспериментальными данными.
Таким образом, физики продемонстрировали важность аккуратного учета взаимодействия иона не только с оболочкой, но и с окружающей средой. Эти результаты помогут в поиске новых материалов для аккумуляторов, в частности, растворителей.
Иван Бакулин, сотрудник лаборатории многомасштабного моделирования в физике мягкой материи МФТИ, поясняет: «Мы показали, что нужно аккуратно учитывать дальнодействие: выбирать диэлектрическую проницаемость и параметры модели поляризованного континуума для расчетов методом функционала плотности. Учитывать взаимодействие с электродом. Работа сделана с прицелом на то, чтобы потом сделать скрининг — перебрать множество молекул возможных растворителей, а таких молекул больше сотни. Растворители подбираются так, чтобы емкость “не падала” после многих циклов работы. Благодаря скринингу мы сможем понять, какие из них лучше для аккумулятора, и сделаем эксперимент».
Telegram 
Дзен 
VK Согласно гипотезе о так называемой Еврогондване, в эпоху динозавров Европа, как часть северного суперконтинента Лавразия, еще не полностью отделилась от южного суперконтинента Гондвана и животные могли свободно мигрировать между Европой и Африкой. Однако новый анализ найденных в Венгрии костей первобытного крокодила показал, что его сходство с гондванскими видами обусловлено не близким родством, а схожим образом жизни.
Треть века назад Штаты и Мексика подписали Североамериканское соглашение о свободной торговле. Авторы новой научной работы показали, что это спровоцировало рост войн между бандами и подъем смертности среди молодых мужчин на десятки процентов — но только в тех зонах, которые были интересны картелям. Всего после подписания соглашения в Мексике было убито (оценка с учетом исчезнувших трупов) более 0,85 миллиона человек.
Новые данные показали, что удар зонда DART не только изменил орбитальный период небольшого спутника Диморфа вокруг его «родителя» Дидима, но и вызвал небольшое изменение движения всей бинарной системы вокруг Солнца. Эти результаты укрепляют уверенность ученых в том, что технология кинетического удара, при заблаговременном обнаружении опасного объекта, может помочь отклонить потенциально опасный астероид от столкновения с Землей.
Одна сторона сыплет более дорогими и сложными баллистическими ракетами, другая — относительно дешевыми крылатыми. Но при этом первая на порядок беднее второй. А что у них с технологическим уровнем для наземной войны, и почему, кстати, глава второй избегает даже самого этого слова? Попробуем разобраться в реальных возможностях военных машин сторон потенциально самого опасного конфликта 2026 года.
Российские ученые из МФТИ с коллегами из Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН и Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН разработали инновационный метод для расчета равновесного распределения несмешивающихся жидкостей в пористой среде. Результаты применения этого метода можно использовать в разработках по повышению нефтеотдачи и гидрологии, а также геологического СО2-хранения.
Запасы лития в России требуют переоценки и могут оказаться в разы выше, чем считалось до 2025 года. Об этом говорится в исследовании «Состояние ресурсной базы критически важных металлов и элементов для развития современных технологий», подготовленном учеными РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
В ноябре 2025 года при взлете российской ракеты с Байконура к МКС с существенной высоты упала кабина обслуживания 8У216. Поскольку в 2010-х годах из экономии средств у нас отказались от дублирования стартовых площадок, это создало ситуацию временной невозможности пилотируемых полетов. Теперь, всего через три месяца после происшествия, «Роскосмос» смог решить проблему, поставив запасную кабину обслуживания, найденную на складах Минобороны. Весенние пуски к МКС, запланированные ранее, теперь имеют шансы пройти в срок.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно