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.
Ученые усовершенствовали анализ качества растворителей литий-ионных аккумуляторов
Литий-ионные аккумуляторы нашли широкое применение в нашей жизни: от бытовой техники и электромобилей до накопителей энергии в системах жизнеобеспечения труднодоступных районов. Они хорошо зарекомендовали себя в работе, имея высокую плотность энергии и низкий саморазряд. В достижении наилучших характеристик аккумуляторов огромную роль играет состав раствора электролита. Ученые МФТИ и ОИВТ РАН разработали более быстрый и надежный метод проверки состава на молекулярном уровне, который может обеспечить максимальный КПД.
Работа опубликована в The Journal of Computational Chemistry. «Все основные характеристики аккумулятора в той или иной степени зависят от состава растворителя. Применение специально разработанного растворителя может значительно их улучшить и обеспечить меньшее количество паразитных химических реакций и максимальный КПД. От его качества зависят срок эксплуатации, износ, время сохранения заряда. Чем лучше подобран растворитель, тем более емкие электроды можно использовать и большего напряжения возможно достичь», — рассказал Максим Орехов, сотрудник лаборатории суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ.
Реакции восстановления, которые идут во время работы аккумулятора, существенно влияют на его производительность. Такие реакции могут быть подавлены в некоторых растворителях и быть очень активными в других. В итоге для получения растворителя, позволяющего добиться максимальной работоспособности, необходимо проверять его состав на молекулярном уровне.
Например, молекулы этиленкарбонат (EC)1 и ацетонитрил (ACN)6 обладают высокой экспериментальной энергией восстановления, и их можно рассматривать как редукционно-неустойчивые. Другие молекулы, такие как тетрагидрофуран (ТГФ)3, имеют низкую энергию восстановления и обеспечивают лучшую устойчивость.
«Определение свойств жидкости на основе ее молекулярного состава требует быстрого метода оценки. В жидкости тысячи молекул, и моделирование поведения каждой из них требовало много времени. Предложенный нами метод позволил решить эту задачу за минуты. Существовавшие ранее подходы брали за основу результат анализа поведения только одной молекулы, что дает весьма поверхностную оценку, не учитывающую целого ряда важных факторов, влияющих на работу аккумулятора. Необходимо было подобрать метод, позволяющий быстро обсчитать поведение большого количества молекул, из которых состоит раствор», — прокомментировал Максим Орехов.
Демонстрация распределения заряда для восстановительно-неустойчивых (А) и восстановительно-стабильных (В) растворителей. А: молекулы ацетонитрила (ACN) (вверху) и этиленкарбоната (EC) (внизу) принимают электрон во время восстановления. B: молекула с низким восстановительным потенциалом / © The Journal of Computational Chemistry
В последние годы метод виртуального скрининга дал возможность ученым перебирать все перспективные растворители и просчитывать полезность каждого кандидата. При этом основная проблема состояла в том, что необходимо отследить все реакции в растворе, состоящем из большого массива молекул. В результате компьютерный анализ в основном осуществлялся без учета роли ионов солей лития, которые сильно влияют на реакции.
Такое моделирование имело гораздо меньшую вычислительную сложность, но не учитывало возникающих связей, которые напрямую влияют на работоспособность аккумуляторов. В связи с этим Максим Орехов для компьютерного моделирования поведения раствора электролита предложил использовать метод CONSTRAINT DFT, который позволяет более аккуратно учесть все возможные эффекты.
«Для точного анализа качества раствора нам необходимо учитывать именно те эффекты, которые дает жидкость с множеством молекул. В своей работе мы демонстрируем практическое применение метода на наборе из 30 молекул базы данных растворителей электролитов. Результаты наглядно показывают, что наш подход обеспечивает лучшее согласие с экспериментальными данными по сравнению с существовавшими ранее подходами», — добавил Максим Орехов.
Данная работа продемонстрировали важность точного учета взаимодействия молекул растворителя литий-ионных аккумуляторов между собой и с окружающей средой. Новый метод исследования позволит увеличить точность определения качества молекул растворителя и поможет быстро отбирать наилучшие варианты, тем самым повышая работоспособность и долговечность аккумуляторов. Исследование поддержано Российским научным фондом.
Telegram 
Дзен 
VK Исследовательская группа из NASA выяснила, как на поверхности Красной планеты образуются маленькие темные объекты в форме пауков. Новаторский эксперимент, проведенный в лабораторных условиях, позволил воссоздать процессы, которые наблюдаются на поверхности Марса в зимние и весенние месяцы.
Правда ли то, что человеческие кости прочнее стали, продолжаем ли мы расти после 25 лет, почему у некоторых костей больше, чем написано в учебниках, в честь какой птицы назвали копчик, какого цвета кости на самом деле, из-за чего в старости люди становятся ниже и почему зубы не могут отрасти повторно? Ученые Пермского Политеха и ПГМУ имени Академика Е.А. Вагнера поделились интересными фактами о скелете человека.
Во время беременности меняется не только тело, но и нервная система женщины. Детальное исследование, в котором сравнивается структура мозга до зачатия, во время беременности и после родов, опубликовали ученые из США.
Французские исследователи проанализировали тысячи спутниковых снимков поверхности Антарктиды и выяснили, что почти весь континент покрывают продольные дюны — такой рельеф часто встречается на спутнике Сатурна Титане. Ученые также узнали, какие ветры формируют антарктические дюны, и нашли противоречие, раскрывающее детали климата на континенте.
Ученые из Китая и Великобритании обнаружили, что мозг собаки синхронизируется с человеческим во время общения. При этом на зрительный контакт и поглаживание животные реагируют по-разному, а нетипичная мозговая активность может сигнализировать о психических заболеваниях.
Когда среди рабочих особей появляются больные муравьи, они начинают строить более изолированные гнезда и, таким образом, вероятно, снижают риск заражения в колонии. Ученые, сделавшие открытие, считают, что результаты их работы свидетельствуют о наличии «архитектурного иммунитета» у социальных животных. Это, в свою очередь, дает представление о том, как можно использовать пространственную организацию для снижения эпидемиологического риска в человеческом обществе.
Месторождения самородного золота приурочены главным образом к кварцевым жилам. Считается, что оно осаждается из горячих магматических растворов, внедряющихся по трещинам в горных породах. Однако образование крупных скоплений золота представляет собой минералогическую загадку. Австралийские ученые предположили, что дело — в пьезоэлектрических свойствах кварца, которые под действием частых землетрясений способствуют образованию больших скоплений драгоценного металла.
На юге Шотландии расположена деревня, издавна связанная с легендой о Мерлине — великом волшебнике, наставнике короля Артура. Ранее эта история, как и многие другие части артуровского цикла, не имела никаких археологических подтверждений — только крайне запутанные упоминания в древних манускриптах. Теперь ситуация изменилась.
Французские исследователи проанализировали тысячи спутниковых снимков поверхности Антарктиды и выяснили, что почти весь континент покрывают продольные дюны — такой рельеф часто встречается на спутнике Сатурна Титане. Ученые также узнали, какие ветры формируют антарктические дюны, и нашли противоречие, раскрывающее детали климата на континенте.
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
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно