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 Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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