ДВФУ и «Сколтех» запускают сетевую магистерскую программу «Биотехология»

• Печать

Press release Skoltech, Skolkovo Innovation Center Moscow, April 10, 2017

New lithium-ion cathode structure boosts battery effectiveness, safety and durability An innovative new lithium-ion cathode crystal structure stands to significantly boost the durability and effectiveness of batteries without compromising safety. This finding, which emerged as a result of research conducted by a group of international researchers, including Skoltech scientists, could have far-reaching implications for modern energy storage technologies given the imperatives of energy consumption and battery safety.

The results of the study have been published in scientific journal Nature Materials. Lithium-ion batteries are the primary energy source used for modern portable electronics and are found in most mobile phones, cameras and laptops.

In this context, lithium serves as charge carrier: while a battery charges, lithium ions leave a crystal lattice of mixed transition metal oxide that is capable of changing its oxidation state. Modern batteries primarily rely on layered cobalt and lithium mixed oxides for this purpose.

Lithium-ion batteries have traditionally been defined by two key limitations: their potential quantity of recharge cycles and their capacity (i.e., the amount of lithium ions that leave the battery’s crystal lattice while charging and return while discharging). Typically, no more than 60% of a battery’s lithium ions leave a cathode structure; otherwise, the likelihood of negative consequences such as fires and explosions increase. The potential quantity of recharge cycles is also typically limited because energy within batteries tends to decrease over time.

 

Figure 1. Crystal structure of layered cathode material LiCoO2.

 

In their recent study, the Skoltech scientists and their team of international colleagues explored how to deal with these limitations. The classical cathode of a lithium-ion battery has a layered structure where the layers of lithium are interleaved with layers of oxygen and a transition metal

(Fig.1). Nature does not tolerate emptiness, so when lithium ions leave their place, transition metal ions can migrate to replace them. Thus, the lithium ions cannot return to their original location and battery capacity drops.

The recent study has revealed a fundamentally different crystal structure for the cathode material (Fig.2), wherein layers are shifted relative to each other, causing a framework structure to replace the traditional layered one. This has been shown to boost the stability of cathodes without draining energy. Furthermore, using the new structure, nearly all lithium ions can leave the cathode without presenting an increased fire risk, significantly bolstering battery capacity. In practical terms, this would enable mobile phones and other electronic devices to retain their charge for much longer than the current status quo.

 

Figure 2. Crystal structure of framework cathode material -Li2IrO3.

For modelling purposes, lithium was inserted into an iridium oxide crystal structure. This material is expensive and would not be feasible for mass production purposes. As such, a key next step will be for the scientists to replace iridium with more abundant and cheaper metals. “Before, it was believed that lithium-ion battery capacity was solely determined by the change of transition metal’s oxidation state. In one of our previous studies, we showed that oxygen also contributes to battery capacity, increasing it.

This happens because it also can change its oxidation state. In our recent study, we demonstrated how to use this extra capacity to the fullest extent, without fear of explosions, fires or the degradation of materials,” said Professor Artem Abakumov of the Skoltech Center for Electrochemical Energy Storage, a study participant.

Best regards, ​​Alexander Zolotarev ​​Press Secretary  Skolkovo Institute of Science & Technology ​​Phone + 7 (495) 280 1481 ext. 3363 ​​Cell +7 (916) 686 7334 ​​Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ​​http:​//www.skoltech.ru​​​​​​

 

***** The Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) is a private graduate research university. Established in 2011 in collaboration with the Massachusetts Institute of Technology (MIT), Skoltech educates global leaders in innovation, advances scientific knowledge, and fosters new technologies aimed at addressing critical issues facing Russia and the world. Skoltech conducts its work by integrating the best practices of the leading Russian and international educational and scientific research universities. The university further focuses on entrepreneurship and innovative education. Please visit our website for more information: http://www.skoltech.ru/

 

Пресс-релиз Сколтех, Инновационный центр Сколково Москва, 10. 04. 2017 г.

Новая структура катодов литий-ионных аккумуляторов делает их более эффективными и долговечными Международная группа ученых, в состав которой вошли ученые из Сколтеха, придумали как изменить кристаллическую структуру катода литий-ионного аккумулятора, чтобы значительно повысить его эффективность и срок службы без ущерба для безопасности.

Полученные результаты очень важны для развития современной электроники, где принципиально важны как энергоемкость, так и безопасность аккумуляторов. Исследование опубликовано в престижном журнале Nature Materials. Литий-ионные батареи являются основным источником энергии для современной портативной электроники и используются в большинстве мобильных телефонов, фотоаппаратов и ноутбуков.

Литий в таких аккумуляторах является переносчиком заряда: когда батарея заряжается, ионы лития покидают кристаллическую решетку смешанного оксида переходного металла, способного изменять свою степень окисления. В современных аккумуляторах обычно используется слоистый оксид кобальта и лития. Две основные характеристики литий-ионного аккумулятора – это количество циклов перезарядки и емкость (т.е. количество лития покидающего кристаллическую решетку во время заряда и возврашаюшегося назад при разряде).

Дело в том, что весь литий никогда не уходит из структуры катода (не более 60 процентов), так как, если это произойдет, то возрастает вероятность взрыва и возгорания аккумулятора. Число циклов перезарядки тоже не бесконечно, т.е. энергия, которую могут в себе содержать заряженные аккумуляторы со временем уменьшается.

 

Рисунок 1. Кристаллическая структура слоистого катодного материала LiCoO2.

Ученые придумали как справиться с этими проблемами. Классический катод литий-ионного аккумулятора имеет слоистую структуру, где слои лития перемежаются со слоями кислорода и переходного металла (Рис.1). Природа не терпит пустоты, поэтому когда литий покидает свои позиции, на его место мигрируют ионы переходного металла.

За счет того, что его позиции оказываются заняты, литий не может вернуться обратно, и емкость батареи падает. Ученые предложили принципиально иную кристаллическую структуру катодного материала (Рис:2). В новой структуре слои сдвинуты относительно друг друга, вместо слоистой структуры материал приобретает каркасное строение. Оказалось, что такие катоды работают намного стабильнее, энергия практически не теряется и новая структура позволяет извлечь из нее весь литий при зарядке без риска, что произойдет возгорание, то есть емкость батареи будет намного выше. Мобильные телефоны с такими аккумуляторами смогут дольше держать заряд и аккумулятор прослужит дольше.

 

Рисунок 2. Кристаллическая структура каркасного катодного материала -Li2IrO3.

В качестве модельного объекта использовалось соединение лития с оксидом иридия. Данный материал дорогой и вряд ли будет массово производиться, поэтому замена иридия на более распростаненные и дешевые металлы является крайне актуальным продолжением этого исследования. “Раньше считалось, что емкость литий-ионного аккумулятора определяется изменением степени окисления переходного металла, входящего в его состав.

В одной из наших прошлых работ мы показали, что кислород также может вносить вклад в емкость аккумуляторов, он ее увеличивает, за счет того, что его степень окисления тоже меняется. А в нашей новой работе мы продемонстрировали способ использовать эту емкость в полной мере, не боясь взрывов, возгораний и деградации материалов”, - рассказывает профессор Центра Сколтеха по электрохимическому хранению энергии Артем Абакумов.

Best regards, ​​Alexander Zolotarev ​​Press Secretary  Skolkovo Institute of Science & Technology ​​Phone + 7 (495) 280 1481 ext. 3363 ​​Cell +7 (916) 686 7334 ​​Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. ​​http:​//www.skoltech.ru

​​​​​​ ***** Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственное научно-образовательное учреждение. Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института (МТИ), институт готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, развивает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром в новом тысячелетии.

Сколтех строит свою работу, опираясь на опыт лучших российских и международных образовательных и исследовательских институтов. При этом особый акцент делается на преподавание навыков предпринимательской и инновационной деятельности. Сайт: http://www.skoltech.ru/

 

ДВФУ и «Сколтех» запускают сетевую магистерскую программу «Биотехология» Соглашение о запуске сетевой формы обучения в Сколтехе подписали ректор «Сколковского института науки и технологий» Александр Кулешов и и.о. ректора Дальневосточного федерального университета Никита Анисимов. Для реализации программы «Биотехнология» будут использоваться ресурсы обоих учебных заведений. Все права на результаты интеллектуальной деятельности, созданные студентами в ходе обучения, будут принадлежать самим студентам.

Александр Кулешов, ректор Сколтеха: «Дальневосточный федеральный университет был первым местом, в которое мы поехали большой делегацией после того, как я занял позицию ректора в Сколтехе. И мы очень довольны потому, что мы нашли там замечательные условия, прекрасный дружелюбный профессорско-педагогический состав и, что очень важно, компетенцию в области биологии, прежде всего – морской биологии, на которой мы и планируем построить наше сотрудничество. Мы начали партнерство с визита наших профессоров – действительно специалистов высшего класса, известных на Западе ученых, которые много лет проработали в ведущих американских университетах – и они обнаружили множество точек общего интереса с ДФВУ».

По словам Никиты Анисимова, и.о. ректора ДВФУ, соглашение между вузами позволит сделать ставку на таланты и позитивно отразится на решении сразу двух важных задач: «Мы ожидаем, что результаты нашего стратегического партнерства будут иметь глобальный масштаб. Во-первых, мы сможем удержать внутри страны амбициозных и талантливых студентов, обеспечить их мобильность и гарантировать им доступ к лучшим образовательным ресурсам. Во-вторых, мы запустим двигатель инновационного развития ДВФУ, на площадке которого активно формируется перспективный технологический кластер».

Александр Сафонов, вице-президент Сколтеха по академическому развитию отметил: “Как и планировалось в прошлом году, после проведения лектория Сколтеха в ДВФУ и стажировок студентов ДВФУ в Сколтехе, мы запускаем образовательную программу, реализуемую в сетевой форме. В конце апреля мы рассчитываем прочитать на площадке университета серию лекций по биоинформатике и обсудить детали реализации программы. Уверен, она будет интересной и удобной для студентов!"

Константин Северинов, директор Центра Сколтеха по системной биомедицине и биотехнологии: «Взаимодействие с учеными из ДВФУ и дальневосточного центра РАН позволит сотрудникам, аспирантам и студентам Сколтеха принять участие в изучении биоразнообразия Дальнего Востока - неисчерпаемого источника активных веществ для биомедицины и биотехнологии.

Со своей стороны, мы можем предложить уникальные компетенции в биоинформатике и компьютерной биологии, которых не хватает нашим коллегам. “Кровью” нашего взаимодействия, гарантией того, что оно будет успешным, будут студенты, обучающиеся в совместной программе между двумя университетами.

Мы очень надеемся, что многие студенты ДВФУ, восприняв дух Сколтеха и воспользовавшись всеми возможностями, которые он предоставляют, вернутся на Дальний Восток и в недалеком будущем организуют там собственные научные группы. Процесс поступления на новый магистерский курс не будет отличаться от стандартных норм приема. При этом, для прохождения обучения студенты смогут выбрать любой из двух вузов. Для прохождения части модулей студентам предстоят академические поездки из Владивостока в Москву и наоборот. Все расходы на проезд будут обеспечены за счет вузов.

В апреле прошлого года Сколтех провел в ДВФУ первый выездной лекторий с участием профессоров Центра системной биомедицины и биотехнологий. Был организован цикл научно-популярных и специализированных лекций о геномном редактировании, новых методах лечения заболеваний бактериальной природы и биоинформатике.

На площадках академических институтов состоялись научные семинары об эволюции, популяционной генетике и биоактивных веществах пептидной природы. Кроме того, молодые ученые обсудили вопросы развития карьерных траекторий и разобрали основные ошибки при подаче грантовых заявок. Параллельно с Лекторием Сколтеха прошла Весенняя школа Открытого Университета Сколково «Наука vs. жизнь: Дальний Восток».

В рамках программы школы вице-президент Сколтеха Александр Сафонов рассказал студентам и молодым ученым о возможностях сотрудничества со Сколтехом, а Константин Северинов обсудил развитие мировых трендов в области биомедицины.

Вслед за лекторием, летом пять студентов ДВФУ приехали на стажировку в лаборатории Сколтеха, где работали под руководством профессоров и сотрудников института – Константина Северинова и Егора Базыкина – непосредственно в «мокрых» лабораториях и приобрели новые навыки в области биоинформатики.

 

 

Контакты для СМИ: Александр Золотарев, Пресс-секретарь Сколковского института науки и технологий (Сколтех). Тел.: +7 (495) 280 14 81 доб.32-62, моб. телефон +7 916 686 7334 
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Подробности

Категория: Новости со всего света

Опубликовано 11.04.2017 22:26

Просмотров: 778