Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) обнаружили новый класс органических жидкостей для электролитов. Ими оказались производные аммиака — третичные амины. Выяснилось, что они совместимы с металлическим литием — перспективным, но химически агрессивным материалом для аккумуляторных электродов.

Современный электротранспорт, портативная электроника и системы хранения энергии требуют создания аккумуляторов нового поколения — более емких, мощных и пожаробезопасных. Металлический литий — один из самых перспективных материалов для электродов современных аккумуляторов нового класса. Его теоретическая емкость сильно превышает емкость графита из текущих литий-ионных батарей. Однако есть проблема: литий химически агрессивен. Он разрушает часть компонентов электролита, что в итоге может привести к замыканию батареи и даже ее возгоранию.«Одна из ключевых задач современной аккумуляторной химии — найти такие молекулы электролита, которые смогут выдерживать контакт с металлическим литием. У него есть серьезная проблема: он очень реакционноспособен. Многие компоненты электролита при контакте с ним разрушаются, образуют побочные продукты, нестабильные пленки и провоцируют рост дендритов — игольчатых структур лития», — рассказал первый автор работы, ассистент кафедры вычислительной физики конденсированного состояния и живых систем МФТИ Максим Орехов.До недавнего времени главными кандидатами для работы в паре с литиевым электродом считались эфиры. Они совместимы с металлическим литием и используются в исследованиях литий-металлических аккумуляторов. Но и у эфиров есть ограничения: они могут быть летучими, горючими и не всегда совместимы с высоковольтными катодами.Российские ученые решили не ограничиваться привычными веществами и расширили круг поиска. Они применили мощный квантово-химический скрининг для оценки устойчивости широкого круга органических жидкостей. Как и ожидалось, эфиры составили самую многочисленную группу среди потенциальных жидкостей для электролита. Неожиданно второй по величине класс (28% от общего числа отобранных молекул) сформировали третичные амины.По словам исследователей, преимущество третичных аминов в их двойной функции. Молекулы не только устойчивы к восстановлению на литиевом аноде, но и известны как функциональные добавки: они связывают вредные примеси (воду, кислоты) и участвуют в формировании защитного слоя на катоде. Такие соединения могут использоваться в литий- и натрий-металлических аккумуляторах нового поколения для стабилизации электролита, связывания примесей и улучшения защитных слоев на электродах.«Наши расчеты оценивали, какие молекулы должны легко разрушаться у литиевого электрода (анода), а какие, наоборот, должны оставаться устойчивыми. По сути, теория работала как фильтр для поиска перспективных веществ среди большого числа органических жидкостей. Третичные амины раньше почти не рассматривали как компоненты растворов аккумуляторных электролитов, совместимых с металлическим литием, но они показали высокую устойчивость как в теории, так и на практике», — пояснил Максим Орехов.Выводы расчетов подтвердились экспериментами. Ученые провели контактные тесты с использованием лития и натрия. С помощью лазерной рефлектометрии они показали, что поверхность металлов, помещенных в среду третичных аминов, сохраняет зеркальный блеск, тогда как в контрольном образце с диметилформамидом быстро тускнеет из-за химической реакции.

Работа исследователей доказала, что третичные амины могут стать важным элементом новых, более безопасных и функциональных электролитов в аккумуляторах следующего поколения.

• 
•  © cdn23.img.ria.ru

Физики из МФТИ, ОИВТ РАН и ВШЭ создали уникальную методику расчетов, позволяющую подбирать идеальную смазку для двигателей самолетов и других высокотемпературных устройств. Их исследование заняло второе место на конкурсе промышленных инноваций в США, сообщает пресс-служба Физтеха.

«Компании стремятся получать быстрые результаты, перебирая варианты веществ не в лаборатории, а в компьютерных симуляциях. Это особенно важно при дизайне смазок, когда задействуются сотни комбинаций разных веществ. Производителям выгоднее не держать большой штат ученых, а собирать данные в рамках конкурсов и использовать их в расчетах», — рассказывает Николай Кондратюк, научный сотрудник МФТИ.

Современные авиационные двигатели, а также различные компоненты ракетных установок и промышленных приборов работают в экстремальных условиях, при давлениях и температурах, превышающих тысячи градусов Цельсия и десятки тысяч атмосфер. Они содержат в себе большое число движущихся компонентов, каждый из которых нуждается в смазке для того, чтобы он мог нормально работать.

Проблема, как отмечают Кондратюк и его коллеги, заключается в том, что многие существующие смазочные материалы ведут себя в подобных условиях совсем не так, как в комнатных условиях, причем часто меняется то, как именно они снижают силу трения. Это сильно усложняет поиск подходящих смазок для авиадвигателей и делает этот процесс сильно зависимым от результатов дорогостоящих и долгих экспериментов.

Ежедневно на свалки вывозят тонны бытовых и производственных отходов. Среди них битые бутылки, разноцветное стекло, посуда, обломки кирпича, затвердевшего цемента и других строительных материалов. Обычно всё это так и остаётся погребенным под грудами прочего мусора.

Такое ведение хозяйства посчитали слишком расточительным в московском Научно-исследовательском центре «Экология и промышленная энерготехнология» при Институте высоких температур РАН. Помимо разработки математических методов расчета теплообмена, позволяющих определять время эвакуации людей и огнестойкость конструкций пи пожаре, они занимаются переработкой твердых бытовых и промышленных отходов, которые дополняют песком и специальными связующими, получая новые строительные материалы. На предприятии «ТЭМП-21» совместно с сотрудниками НИЦ разработан модуль для изготовления различных облицовочных плит.