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 Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
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.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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