Akadēmiskais centrs
Projekta nosaukums: Nanostrukturēti bez-saistvielas Bi2Se3/CNT anoda elektrodi nātrija jonu baterijām
Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/3/19/522
Projekta īstenošanas termiņš: 2020.gada 1.jūnijs līdz 2023.gada 31.maijs
Projekta kopējais finansējums: 133,805.88 EUR, no kura 113,734.99 EUR jeb 85 % ir ERAF finansējums, 13,380.58 Eur jeb 10 % ir valsts budžeta finansējums un 5% jeb 6,690.31 EUR ir Latvijas Universitātes finansējums.
Projekta mērķis: Nanostrukturētu Bi2Se3/CNT anoda elektrodu izveide nātrija jonu baterijām, lai palielinātu to veiktspēju.
Projekta dzīveslaikā plānotie rezultāti: 3 starptautiskās zinātniskās publikācijās, 1 produkta prototips, 1 komercializējama tehnoloģija un ar to saistīts Latvijas patenta pieteikums, vismaz 3 starptautisku zinātnisku konferenču tēzes.
I ceturksnis (01.06.2020.–31.08.2020.)
Veikta oglekļa nanocaurulīšu uzklāšana uz stikla un vara pamatnēm, lai pēc tam uz tām sintezētu Bi2Se3 nanostruktūras. Šīs nanocaurulītes uznestas divos dažādos veidos - kā pārklājums uz vara elektroda un kā brīvi stāvošs oglekļa nanocaurulīšu papīrs. Uz izveidotajām oglekļa nanocaurulīšu struktūrām sintezētas Bi2Se3 nanostruktūras, kuras pēc tam analizētas skenējošajā elektronu mikroskopā, lai noteiktu to struktūru un homogenitāti.
Iegūtie rezultāti apkopoti un prezentēti ar stenda referātu “Innovative anode electrodes for Na-ion batteries” starptautiskā konfernecē "Advanced Materials and Technologies 2020" 24.-28. augustā Palangā Lietuvā.
II ceturksnis (01.09.2020.–30.11.2020.)
Veikti atkārtotas Bi2Se3 sintēzes uz oglekļa nanocaurulīšu papīra. Šīs sintēzes tika modificētas, lai iegūtu uzlabotas mehāniskās noturības oglekļa nanocaurulīšu papīrus. Veikta eksperimentālās šūnas izveide elektroķīmiskajiem mērījumiem.
III ceturksnis (01.12.2020.–28.02.2021.)
Atskaites periodā veiktas atsevišķas CNT un Bi2Se3 sintēzes uz stikla. Tāpat arī veikti pirmie elektroķīmiskie mērījumi dažādiem anoda elektrodiem, lai iegūtu ticamus atskaites punktus, ar kuriem varētu salīdzināt jaunizveidotos anoda elektrodus. Izveidotas pirmās monētas tipa šūnas anoda elektrodu testēšanai. Izmantotas CR 2032 monētas tipa šūnas.
IV ceturksnis (01.03.2021.–31.05.2021.)
Atskaites periodā veikta Bi2Se3 plāno kārtiņu sintēze un to SEM un EDX mērījumi. Noteikti stehiometriskie apgabali un optimizēti Bi2Se3 plāno kārtiņu uzveides parametri, lai sintezētu uz CNT. Veikta ciklisko voltammogrammu, elektroķīmiskās impedances spektroskopijas analīze, veikti difūzijas koeficinetu aprēķini. Konsultēts bakalaura darbs Annai Skrastiņai.
V ceturksnis (01.06.2021.–31.08.2021.)
Atskaites periodā turpināts darbs pie Bi2Se3/CNT elektrodu sintēzes, lai tos izmantotu 2. aktivitātē. Iegūti CNT buckypaper ar dažādām metodēm (ar strūklas no suspensijas un sasaldēšanas). Atskaites periodā veikti Bi2Se3 anodu ilgtspējas (veiktas vairākkārtējas uzlādes/izlādes) mērījumi un veikts darbs pie manuskripta par anoda Bi2Se3 anoda izveidi un tā elektroķīmiskajām īpašībām. Veiktas pirmās šūnu izveides, lai elektrodus pārbaudītu monētas tipa baterijās.
Rezultāti prezentēti konferencē "Advanced Materials and Technologies 2021" 23.-27. augustā Palangā Lietuvā. Ar stenda referātu: Raimonds Meija, Anna Skrastina, Vitalijs Lazarenko, Yelyzaveta Rublova, Vanda Voikiva, Jana Andzane, Donats Erts “Bi2Se3 thin films for aqueous Na-ion batteries”.
VI ceturksnis (01.09.2021.–30.11.2021.)
Atskaites periodā turpināta Bi2Se3/CNT elektrodu sintēze ar suspensijas metodi, lai to izmantotu Li-jonu baterijās. Mobilitātes/komandējuma laikā Adama Mickievica (Adam Mickiewicz) Universitātē Poznaņā Polijā ar TEM+EDX metodēm analizēti Bi2Se3/CNT anodi pirms un pēc to ciklēšanas organiska elektrolīta šūnā. Turpināts darbs pie manuskripta par Bi2Se3 anoda izveidi un tā elektroķīmiskajām īpašībām.
Veiktas pirmās Na jonu bateriju šūnu testēšanas (CVs, ilgtermiņa ciklēšana) jau ar projektā plānoto Bi2Se3/CNT anoda elektrodu. Veikta datu analīze, lai uzlabotu anoda materiālu sintēzi.
VII ceturksnis (01.12.2021.–28.02.2022.)
Atskaites periodā turpināta Bi2Se3/CNT elektrodu sintēze ar suspensijas metodi, izmantojot dažādas koncentrācijas (tiek padziļināti pētīti anodi, kuros ir ievērojami lielāks Bi2Se3 daudzums attiecībā pret CNT), lai tos izmantotu 2. un 3. aktivitātē. Mēnesi ilgās mobilitātes/komandējuma laikā Adama Mickievica (Adam Mickiewicz) Universitātē Poznaņā Polijā ar TEM+EDX metodēm analizēti Bi2Se3/CNT anodi pirms un pēc to ciklēšanas organiska elektrolīta šūnā. Iesniegts publicēšanai žurnālā "Batteries" (CiteScore 5.7 Scopus) manuskripts par Bi2Se3 anoda izveidi un tā elektroķīmiskajām īpašībām, saņemti recenzenta komentāri ar veicamajiem uzlabojumiem, uz tiem sagatavotas atbildes un iesniegtas žurnāla redaktoram.
Turpinātas Na jonu bateriju šūnu testēšanas (CVs, iltermiņa ciklēšana), īpaši pievērošot uzmanību Bi2Se3/CNT anoda elektrodiem, kur Bi2Se3 masas daļa ir lielāka par CNT. Veikta datu analīze, lai uzlabotu sintezēto anoda materiālu.
VIII ceturksnis (01.03.2022.–31.05.2022.)
Atskaites periodā tika veikta Bi2Se3/CNT elektrodu sintēzes modifikācija, lietojot liofilizāciju, tādējādi cenšoties panākt vienmērīgāku Bi2Se3 sintēzi uz oglekļa nanocaurulītēm. Iegūtie anoda elektrodi tika sagatavoti, lai izmantotu 2. un 3. aktivitātē. Veikti labojumi saskaņā ar recenzentu papildkomentāriem rakstam par Bi2Se3 anoda izveidi un tā elektroķīmiskajām īpašībām. Raksts atkārtoti iesniegts, raksts pieņemts publicēšanai un publicēts žurnālā "Batteries" (CiteScore 5.7 Scopus): R. Meija, V. Lazarenko, A. Skrastina, Y. Rublova, J. Andzane, V. Voikiva, A. Viksna, D. Erts, The Electrochemical Characterization of Nanostructured Bi2Se3 Thin Films in an Aqueous Na Electrolyte, Batteries. 8 (2022) 25. https://doi.org/10.3390/batteries8030025. Iesniegtas tēzes dalībai starptautiskā zinātniskā konferencē FM&NT- NIBS 2022. Konferences norises laiks un vieta: 2022. gada 3.-6. jūlijs Rīga, Latvija.
IX ceturksnis (01.06.2022.–31.08.2022.)
Atskaites periodā veikta mobilitāte uz Universitātes Koledžu Korkā (UCC) Īrijā, lai attīstītu prasmes materiālu īpašību raksturošanā, apgūstot to raksturošanas metodes. Veikta sintezēto anoda materiālu analīze, to fizikālo īpašību mērījumi. Turpināts darbs pie Bi2Se3/CNT anoda materiālu sintēzes ar dažādām proporcijām. Turpināta Bi2Se3/CNT anodu testēšana ar dažādām materiālu koncentrācijām. Veikts darbs, lai atrastu labāku izejvielu koncentrāciju. Darba rezultāti prezentēti starptautiskā zinātniskā konferencē FM&NT - NIBS 2022 ar mutisku un stenda referātiem. Konferences norises laiks un vieta: 2022. gada 3.-6. jūlijs Rīga, Latvija.
X ceturksnis (01.09.2022.–30.11.2022.)
Atskaites period veikta Bi2Se3/CNT anodu materiālu sintēze vadoties pēc to testēšanas rezultātiem. Veikts darbs pie raksta manuskripta par Bi2Se3/CNT anodu izmantošanu Na jonu baterijās.
Turpināta bateriju šūnu izveide monētas tipa baterijās, lai testētu Bi2Se3/CNT anoda materiālus. Īpaša uzmanība pievērsta, lai nodrošinātu parauga izžāvēšanu pirms tā ienešanas glove-box.
Veikta Bi2Se3/CNT anodu ar dažādām proporcijām testēšana ar dažādiem uzlādes/izlādes ātrumiem. Iesniegta anotācija dalībai konferencē "4th International Conference on Materials Science & Engineering" 2023. gada 24.-26. aprīlī Hjūstonā, ASV.
XI ceturksnis (01.12.2022.–28.02.2023.)
Atskaites periodā turpināta Bi2Se3/CNT anodu materiālu sintēze, izmantojot dažāda veida oglekļa nanocaurulītes. Turpināts darbs pie raksta manuskripta par Bi2Se3/CNT anodu izmantošanu Na jonu baterijās. Veikts darbs pie anoda materiāla prototipa izveides dokumentācijas.
Īstenota mobilitāte Viļņas Universitātē Viļņā Lietuvā un pilveidotas prasmes elektroķīmisko mērījumu veikšanā un datu analīzē.
XII ceturksnis (01.03.2023.–31.05.2023.)
Noslēdzošajā atskaites period tika veikta moblititāte uz Viļnas Universitāti, lai veiktu pēdējos mērījumus un to analīzi, kas nepieciešami projekta veiksmīgai īstenošanai kā arī paaugstinātu pēcdoktoranta kvalifikāciju.
Pabeigts darbs pie divu rakstu melnrakstiem “Binder-free Cu1.9Bi0.1Se@SWCNT hybrid anodes for lithium-ion and sodium-ion batteries” un “Electrochemical properties of bismuth chalcogenide/MXene/CNT heterostructures for application in Na-ion batteries”. tie iesniegti publicēšanai augstas ietekmes zinātniskajos žurnālos.
Pabeigts darbs pie tehnoloģijas un produkta prototipiem. Sagatavots patenta apraksts un iesniegts Latvijas patentu valdē.
Projekta rezultāti prezentēti starptausikā konferencē “Materials 2023” Hjūstonā ASV ar prezentāciju “Bi2Se3/CNT binder-free anodes for sodium-ion batteries”