Studentiem un darbiniekiemMecenātiemMedijiemAbsolventiem

Inovatīvu bez-saistvielas anodu elektrodu izveide litija jonu baterijām

Projekta nosaukums: Inovatīvu bez-saistvielas anodu elektrodu izveide litija jonu baterijām
Projekta līguma numurs: 1.1.1.1/19/A/139
Projekta partneris: SIA Nano RAY - T
Projekta īstenošanas termiņš: 01.04.2020. – 31.03.2023.
Projekta kopējais finansējums: EUR 648 422.11, LU daļa EUR 389 022.11
Projekta zinātniskais vadītājs: vadošais pētnieks, Dr.chem. Asoc.prof. Donāts Erts
Projekta administratīvais vadītājs: Linda Ungure
Projekta mērķis: Izveidot uz Bi2Se3 / MXene (divimensionāli neorganiski savienojumi) / CNTs (oglekļa nanocaurulītes) heterostruktūru bāzes nanostrukturētus, elastīgus saistvielas nesaturošus anoda elektrodus Li jonu baterijām ar uzlabotu veiktspēju salīdzinājumā ar tirdzniecībā pieejamajiem un demonstrēt izveidoto elektrodu veiktspēju Li jonu akumulatoros. Aizvietojot mehānisko sajaukšanos ar tiešu Bi2Se3 sintēzi uz CNT un MXenes virsmas, tiks nodrošināta kontrolēta Bi2Se3 nanostrukturēšana, tiešs elektriskais kontakts, kā arī MXenes aizsardzība no oksidācijas. Tiks izmantota fizikālā tvaika nogulsnēšanas sintēzes metode, jo tā nodrošina augstāku sintezētā materiāla kvalitāti un tīrību salīdzinājumā ar tradicionāli izmantotajām metodēm. Tiešs elektriskais kontakts starp CNT un Cu elektrodiem tiks panākts ar CNT masīvu tiešu sintēzi uz Cu folijām. Šajā projektā tiks izgatavoti divi strukturāli atšķirīgi anoda elektrodi un tiks veikta to industriālā pārbaude.

Projekta galvenie rezultāti u.c. informācija par projekta īstenošanu:

2 jaunu tehnoloģiju prototipi, 2 jaunu produktu prototipi, 5 oriģināli zinātniski raksti (4 raksti tiks iesniegti publicēšanai žurnālos vai konferenču rakstu krājumos, kuru citēšanas indekss sasniedz vismaz 50 procentus no nozares vidējā citēšanas indeksa un viens – Web of Science vai SCOPUS (A vai B) datubāzēs iekļautā žurnālā vai konferenču rakstu krājumā), 1 Latvijas patenta pieteikums.

01.04.2020.-30.06.2020.

Projekta ietvaros projekta partneris SIA Nano RAY-T sintizēja viensienu un daudzsienu oglekļa nanocaurulītes ar garumiem 10-20 mikrometri to pielietojumam Li jonu baterijās. Šīs nanocaurulītes tika izmantotas pirmo Bi2Se3 heterostruktūru sintēzei LU uz vara strāvas kolektora. Tika analizēta sintezēto heterostruktūru morfoloģija un izvēlēti labākie paraugi elektroķīmisko testu veikšanai. Tika izveidota šūna elektroķīmisko testu veikšanai.

Publicēts 10.07.2020.

01.07.2020.-30.09.2020.

Projekta ietvaros sintezētas CNTs un brīvi stāvoši CNT/Bi2Se3/MXene “buckypaper” elektrodi ar dažādām Bi2Se3 un MXene koncentrācijām, kā arī dažādiem CNT biezumiem. Veikti eletkroķīmiskie mērījumi šiem elektrodiem un analizēti iegūtie rezultāti, lai turpinātu optimizēt sintēzi, lai iegūtu anodu ar labākajām elektroķīmiskajām īpašībām.

Projekta rezultāti prezentēti starptautiskā zinātniskā konferencē “Advanced Materials and Technologies 2020”, 24.-28. Augustā, Palangā, Lietuvā ar 2 stenda referātiem:

V. Voikiva, R. Meija, K. Buks, J. Andžane, D. Erts “Bi2Se3/CNT heterostructures synthesis for Li-ion batteries”;

V. Lazarenko, R. Meija, J. Katkevičs, K. Buks, J. Andžane, A. Vīksna, D. Erts “Electrical impedance and cyclic voltammetry measurements of innovative anode electrode materials for Li-ion batteries”.

Publicēts 08.10.2020.

01.10.2020.–31.12.2020.

Projekta ietvaros projekta partneris SIA Nano RAY-T sintezēja  daudzsienu un viensienu oglekļa nanocaurulītes anoda elektrodiem, to izmantošanai litija jona baterijās. Tāpat tika sintezētas vertikāli novietotas oglekļa nanocaurulītes to izmantošanai anoda elektrodos litija jona baterijās.

Veikti atsevišķi Bi2Se3, oglekļa nanocaurulīšu un Bi2Se3 un oglekļu nanocaurulīšu heterostruktūru elektroķīmiskie mērījumi elektroķīmiskajā šūnā, lai izvēlētos optimālu materiālu attiecību.

Publicēts 06.01.2021.

01.01.2021.–01.03.2021.

Projekta ietvaros projekta partneris SIA Nano RAY-T  modificēja viensienu un daudzsienu oglekļa nanocaurulīšu sintēzi anoda elektrodiem, to izmantošanai litija jona baterijās (tika modificēti sintēzes parametri gan brīvi stāvošām, gan vertikāli novietotām nanocaurulītēm uz vara sakausējumu virsmām).

Veikti padziļināti Bi2Se3 struktūru elektroķīmiskie pētījumi dažādos elektrolītos, lai izpētītu Li akumulāciju un kinētiku šāda tipa elektrodiem. Turpināts darbs pie CNT “papīra-tipa” elektrodu sintēzes pilnveides.

Projekta rezultāti prezentēti starptautiskā zinātniskā konferencē ”79th International Scientific Conference of the University of Latvia” ar mutisku prezentāciju:

  1. V. Lazarenko, Y. Rublova, R. Meija, J. Andžāne, V. Voikiva, E. Kauranens, A. Vīksna, D. Erts. ELECTROCHEMICAL PROCESS IN SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES (SWCNT) FROM AQUEOUS SOLUTION

Publicēts 06.04.2021.

01.04.2021.-30.06.2021.
Projekta ietvaros projekta partneris SIA Nano RAY-T  sagatavoja viensienu un daudzsienu oglekļa nanocaurulītes anoda elektrodiem.

Pabeigti padziļināti Bi2Se3 struktūru elektroķīmiskie pētījumi dažādos elektrolītos, izpētīta Li jonu akumulācija un kinētika, sagatavots zinātniskais manuskripts. Sākts darbs pie Bi2Se3/CNT heterostruktūru izveides un elektroķīmiskās izpētes.

Lai prezentētu projekta rezultātus, iesniegtas tēzes dalībai starptautiskā zinātniskā konferencē “Advanced Materials and Technologies 2021”.

Publicēts 05.07.2021.

01.07.2021.-30.09.2021.

Projekta partneris SIA NANORAY-T veica oglekļa nanocaurulīšu sintēzi, kā arī veica tehnoloģijas izstrādi par oglekļa nanocaurulīšu sintēzi.

Turpināts darbs pie Bi2Se3/CNT heterostruktūru izveides un elektroķīmiskās izpētes.

Uzrakstīts publikācijas manuskripts par Bi2Se3 struktūru elektroķīmiskajiem pētījumiem LiNO3 elektrolītā dāžādos potenciālu logos.

Projekta rezultāti prezentēti starptautiskā konferencē- skolā “Advanced Materials and Technologies 2021” Palangā Lietuvā ar stenda referātiem:

  • “Electrochemical Properties of Single-walled Carbon Nanotubes (SWCNT) Using LiNO3 Aqueous Electrolyte”
  • “Preparation of Bi2Se3/CNT High Porosity Material”

Publicēts 04.10.2021.

01.10.2021.-31.12.2021.

Projekta partneris SIA NANO RAY-T veica vertikāli sakārtotu un brīvi novietotu oglekļa nanocaurulīšu sintēzi, kā arī veica tehnoloģijas un zinātniskās publikācijas manuskripta sagatavošanu par oglekļa nanocaurulīšu sintēzi. Tika pētīta katalizatoru koncentrācijas sadalījums oglekļa nanocaurulītēs pa to garumu.

Veikts darbs pie Bi2Se3/CNT un Bi2Se3/CNT/MXenes heterostruktūru izveides un to testēšanas organiskā elektrolītā monētas tipa baterijās, kā katodu izmantojot Li foliju.

Turpināts darbs pie publikācijas manuskripta par Bi2Se struktūru elektoķīmiskajiem pētījumiem LiNO3 elektrolītā dažādos potenciālu apgabalos.

Projekta rezultāti prezentēti 22. Starptautiskā zinātniskā on-line konferencē “EcoBalt2021” Rīgā no 21.-23. oktobrim ar prezentāciju “Application of Innovative Bi2Se3 Thin Films as Anodes in Aqueous Rechargeable Lithium-Ion Batteries”.

Publicēts 30.12.2021.

01.01.2022.-31.03.2022.

Projekta partneris SIA NANO RAY-T sagatavoja un iesniedza 2 tehnoloģijas par oglkeļa nanocaurulīšu sintēzi. Vienā tehnoloģijā ir aprakstīts process vertikālu nanocaurulīšu masīvu sintēzei un otrā ir aprakstīts process brīvi stāvošu nanocaurulīšu sintēzei. Tika arī sagatavots un iesniegts publicēšanai raksta manuskripts par oglekļa nanocaurulīšu sintēzi. Paralēli tika turpināta projektam nepieciešamo oglekļa nanocaurulīšu sintēze.

Turpināts darbs pie Bi2Se3/CNT un Bi2Se3/CNT/MXenes heterostruktūru izveides, izvēloties koncentrācijas, kurās Bi2Se3 ir pārsvarā. Veikta šo paraugu testēšana monētas tipa baterijās.

Pabeigts darbs pie raksta manuskripta par Bi2Se3 elektroķīmiskajām īpašībām ūdens elektrolītā un tas iesniegts publicēšanai.

Projekta rezultāti prezentēti Latvijas Universitātes 80. starptautiskajā zinātniskajā konferencē ar mutisku prezentāciju: Investigations of Nanostructured Bi2Se3 Thin Films as Anodes For Aqueous Rechargable Lithium-Ion Batteries

Publicēts 30.03.2022.

01.04.2022. – 30.06.2022.

Tika turpināts darbs pie oglekļa nanocaurulīšu sintēzes anoda elektrodiem.

Veikta Bi2Se3 sintēze uz oglekļa nanocaurulīšu "presēta papīra", lietojot modificētu presēta papīra izveides tehniku - liofilizāciju. Pētīta Bi2Se3 augšana uz atsevišķām MXene plātnēm, lai labāk izprastu augšanas mehānismu ietekmi uz elektrodu veiktspēju. Veikta Bi2Se3/MXenes/CNT elektrodu sintēze un veikti šo elektrodu elektroķīmiskie mērījumi, liekot akcentu uz strāvas blīvumiem 0.1A/g un 0.5A/g efektīvai labāko paraugu izvēlei.

Veikti labojumi zinātniskajam rakstam saskaņā ar recenzenta komentāriem par Bi2Se3 elektrodu darbību LiNO3 elektrolītā.

Par projekta rezultātiem iesniegtas tēzes dalībai konferencē FM&NT-NIBS 2022: Irina Oliseveca, Yelyzaveta Rublova, Vitalijs Lazarenko, Vanda Voikiva, Raimonds Meija, Artis Kons, Donats Erts “Investigation of Single walled carbon nanotube network anode in aqueous LiNO3 electrolyte” un Vitalijs Lazarenko, Yelyzaveta Rublova, Raimonds Meija, Jana Andzane, Vanda Voikiva, Artis Kons, Arturs Viksna, Donats Erts ”Nanostructured Bi2Se3 thin films as a perspective anode for aqueous rechargeable lithium-ion batteries”.

Publicēts 30.06.2022.

01.07.2022. – 30.09.2022.

Veikta nesakārtotu oglekļa nanocaurulīšu sintēze kā arī  vertikālu oglekļa nanocaurulīšu sintēze uz metāla elektroda. Veikta paraugu analīze ar skenējošo mikroskopiju un enerģijas dispersīvo rentgenstaru spektroskopiju.

Veikta Bi2Se3/CNT anoda elektrodu sintēze un to elektroķīmiskie mērījumi organiskos elektrolītos – veikta ilgtermiņa ciklēšana pie strāvas blīvuma 0.1 A/g kā arī mērīta veiktspēja pie dažādiem strāvas blīvumiem.

Projekta rezultāti prezentēti ar 2 stenda un 1 mutisku referātu  konferencē Functional Materials & Nanotechnologies &Nanotechnology Innovation Baltic Sea Region (FMNT & NIBS) 2022:

  1. Irina Oliseveca, Yelyzaveta Rublova, Vitalijs Lazarenko, Vanda Voikiva, Raimonds Meija, Artis Kons, Donats Erts - Investigation of Single walled carbon nanotube network anode in aqueous LiNO3 electrolyte (stenda referāts);
  2. Vitalijs Lazarenko, Yelyzaveta Rublova, Raimonds Meija, Jana Andzane, Vanda Voikiva, Artis Kons, Arturs Viksna, Donats Erts - Nanostructured Bi2Se3 thin films as a perspective anode for aqueous rechargeable lithium-ion batteries (stenda referāts);
  3. Raimonds Meija, Vitalijs Lazarenko, Yelyzaveta Rublova, Jana Andzane, Vanda Voikiva, Arturs Viksna, Donats Erts –  Electrochemistry of nanostructured Bi2Se3 thin films in aqueous Li and Na electrolytes (mutisks referāts).

Veikti nelieli labojumi zinātniskajam rakstam saskaņā ar recenzenta komentāriem par Bi2Se3 elektrodu darbību LiNO3 elektrolītā un iesniegts raksts publicēšanai žurnālā “Batteries”.

Publicēts 30.09.2022.

01.10.2022-31.12.2022.

Veikta vertikālu oglekļa nanocaurulīšu sintēze uz dažādām pamatnēm (tērauda, vara, niķeļa) kā arī turpināta nesakārtotu oglekļa nanocaurulīšu sintēze.

Veikta Bi2Se3/CNT anodu elektrodu sintēze uz vara un kā “bucky-paper” ar dažādām proporcijām, lai noskaidrotu anoda elektroda sastāvu ar lielāko veiktspēju.

Veikta Bi2Se3 plāno kārtiņu sintēze uz MXene, lai izpētītu to augšanas mehānismu uz MXene virsmas.

Iesniegtas tēzes dalībai konferencē "RSC Chemical Nanoscience and Nanotechnology Network Annual Symposium" 2023. gada 26.-27. janvārī.

Publicēti divi raksti par projekta rezultātiem :

1. par oglekļa nanocaurulīšu audzēšanu:

A. V Okotrub, D. V Gorodetskiy, A. V. Gusel’nikov, A.M. Kondranova, L.G. Bulusheva, M. Korabovska, R. Meija, D. Erts, Distribution of Iron Nanoparticles in Arrays of Vertically Aligned Carbon Nanotubes Grown by Chemical Vapor Deposition, Materials (Basel). 15 (2022) 6639. https://doi.org/10.3390/ma15196639 .

2. par Bi2Se3 anodiem LiNO3 elektrolītā.[1]

V. Lazarenko, Y. Rublova, R. Meija, J. Andzane, V. Voikiva, A. Kons, A. Sarakovskis, A. Viksna, D. Erts, Bi2Se3 Nanostructured Thin films as Perspective Anodes for Aqueous Rechargeable Lithium-Ion Batteries, Batteries. 8 (2022) 144. https://doi.org/10.3390/batteries8100144 .

Publicēts 30.12.2022.

01.01.2023-31.03.2023.

Sintezēti CNT/Bi2Se3/MXene elektrodi ar dažādām koncentrāciju attiecībām un veikti to elektroķīmiskie mērījumi.

Veikti pētījumi par oglekļa nanocaurulīšu reducēšanas ietekmi uz elektrodu veiktspēju un izdarīts secinājums, ka oglekļu nanocaurulīšu reducēšana uzlabo litija jonu interkalāciju elektrodā.

Pabeigti Bi2Se3/CNT anodu elektrodu pētījumi un elektrods ar optimālo sastāvdaļu koncentrāciju, kuram ir visaugstākā veiktspēja.

Pabeigts darbs pie anodu produkta prototipa, kurš balstīts uz CNT heterostrukturētiem materiāliem, izveides un iesniegts Latvijas patenta pieteikums – Paņēmiens oglekļa nanocaurulītes saturošu heterostruktūru izgatavošanai.

Iesniegts raksts par oglekļa nanocaurulīšu reducēšanu, kas ļauj palielināt to veiktspēju litija jonu baterijās elektrolītos - Yelyzaveta Rublova, Raimonds Meija, Vitalijs Lazarenko, Jana Andzane, Janis Svirksts, Donats Erts Modification of Single-walled carbon nanotube networks anodes for application in aqueous lithium-ion batteries

Sagatavoti 2 rakstu manuskripti par projekta tēmu to iesniegšanai zinātniskos žurnālos.

Projekta rezultāti prezentēti starptautiskās konferencēs:

Lazarenko, V.; Rublova, Y.; Meija, R.; Andzane, J.; Voikiva, V.; Kons, A.; Sarakovskis, A.; Viksna, A.; Erts, D. The Investigation of Nanostructured Bi2Se3 Thin films as Anodes for Aqueous Rechargeable Lithium-Ion Batteries, RSC Chemical Nanoscience and Nanotechnology Network Annual Symposium, Symposium Booklet, p. 54. London, United Kingdom 2023.

Oliseveca I.; Rublova, Y.; Lazarenko V.; Meija, R.; Erts, D. Peculiarities of the processes on a single-walled carbon nanotubes anode in the LiNO3 aqueous solution, RSC Chemical Nanoscience and Nanotechnology Network Annual Symposium, Symposium Booklet, p. 61. London, United Kingdom 2023.

Lazarenko, V.; Rublova, Y.; Meija, R.; Andzane, J.; Viksna, A.; Erts, D. The Investigation of Bi2Se3@SWCNT Heterostructure as Anode for Lithium-ion Batteries, AMSE 2023, Abstract Book, Vienna Austria 2023.

Oliseveca, I.; Rublova, Y.; Lazarenko, V.; Meija, R.; Erts, D. Electrochemical Behaviour of Single-walled CNTs in Aqueous Solution During Intercalation/Deintercalation of Lithium Cations, AMSE 2023, Abstract Book, Vienna Austria 2023.

Salnājs D., Lazarenko V., Rublova Y., Meija R., Voikiva V., Andžāne J., Erts D. Synthesis and characterization of nanostructured Bi2Se3 films and Bi2Se3@SWCNT heterostructures. International conference on Materials Science and Engineering & International conference on Nanomaterials and Nanotechnology 2023., Paris, France, 2023

Erts D., Lazarenko V., Rublova Y., Meija R., Andzane J., Bi2Se3/SWCNT heterostructures as a perspective anode for lithium-ion batteries. International conference on Materials Science and Engineering & International conference on Nanomaterials and Nanotechnology 2023., Paris, France, 2023 – invited oral.

Erts D., Lazarenko V., Rublova Y., Meija R., Andzane J., Voikiva V., Salnajs D., Viksna A., Oliseveca, I., Bi2Se3 thin films and Bi2Se3/SWCNT heterostructures as a perspective anode for lithium-ion batteries. Chemistry and Chemical Technology 2023., Vilnius, Lithuania, 2023 – invited oral.

Publicēts 30.03.2023.

Pēdējās izmaiņas veiktas