Znanstvenici s Instituta Ruđer Bošković (IRB), istražujući fosfatna stakala i staklo-keramike, otkrili su kako prilagodbom svojstava povećati njihov potencijal za napredne tehnološke primjene u dizajniranju boljih materijala za baterije nove generacije i katalizatore.
Iako je staklo materijal naše svakodnevice i jedan od najstarijih materijala koje je čovjek proizveo, zbog jedinstvenih svojstava predmet je intenzivnih istraživanja znanstvenika diljem svijeta.
No, fosfatna stakla posebno su zanimljiva zbog svoje sposobnosti da provode struju, što ih čini idealnim za upotrebu u senzorima i baterijama. Istraživanja znanstvenika na IRB-u su pokazala da promjenom sastava stakla mogu značajno poboljšati njihovu sposobnost provođenja struje. Ovaj fenomen, kako je navedeno u službenoj objavi na stranicama ovog instituta, omogućuje znanstvenicima da priprave nova stakla s boljim svojstvima za korištenje u natrij-ionskim baterijama, koje su jeftinija i dostupnija alternativa litij-ionskim baterijama.
U svom radu, Sara Marijan, doktorandica Hrvatske zaklade za znanost (HrZZ) i znanstvena asistentica u Laboratoriju za funkcionalne materijale, pod vodstvom dr. sc. Luke Pavića, te izv. prof. dr. sc. Jane Pisk s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (PMF), fokusira se na posebne višekomponentne staklene sustave.
„Riječ je o staklu koje se sastoji od četiri različite vrste oksida u svojoj osnovnoj formulaciji. Ovakvi višekomponentni sustavi omogućuju složeniju kontrolu nad optičkim, mehaničkim i električnim svojstvima stakla, zahvaljujući kombinaciji različitih oksida koji zajedno mogu tvoriti miješanu staklenu mrežu i tako poboljšati istraživana svojstva“, pojašnjavaju s Instituta.
Ovi višekomponentni stakleni sustavi dizajnirani su za korištenje u natrij-ionskim baterijama te su oni kombinacija natrijevog oksida i tri staklotvorna oksida. Klasični staklotvorci, fosforov i niobijev pentoksid, prisutni su većinski, dok je vanadijev pentoksid dodan kao treći, manjinski uvjetni staklotvorac. Dodatak vanadijevog pentoksida posebno je zanimljiv jer on može imati dvostruku ulogu, te osim što modificira strukturu stakla, može doprinijeti i ukupnoj električnoj vodljivosti.
”Ono što ove materijale čini tako posebnima je njihova sposobnost provođenja električne struje dvostrukim mehanizmom. Stakla poput ovih koje istražujemo u našem laboratoriju, a koja sadrže i natrijev oksid i vanadijev pentoksid, mogu voditi električnu struju gibanjem natrijevih iona kroz staklenu mrežu, ali i preskokom elektrona s jednog iona vanadija na drugi. Takav dvostruki mehanizam vodljivosti može dovesti do bolje učinkovitosti punjenja i pražnjenja baterija. Istražujući mogućnosti stakla kao katalizatora, otkrili smo da stakla s visokim udjelom vanadijevog oksida pokazuju izvrsnu katalitičku aktivnost i selektivnost u katalitičkim reakcijama”, objašnjava Sara Marijan.
U istraživanju, koje su nedavno proveli znanstvenici s IRB-a, u suradnji s izv. prof. dr. sc. Janom Pisk i izv. prof. dr. sc. Željkom Skokom s PMF-a te prof. Peterom Mošnerom i prof. Ladislavom Koudelkom s Fakulteta za kemijsku tehnologiju Sveučilišta Pardubice, eksperimentirali su i s dodavanjem različitih količina vanadijevog i niobijevog pentoksida u ove višekomponentne fosfatne staklene sustave ne bi li vidjeli kako to mijenja sposobnost stakla da provodi struju. Otkrili su da dodatak niobijevog pentoksida potiče brže kretanje natrijevih iona kroz staklo, značajno povećavajući vodljivost stakla.
‘‘Osim razvoja sinteze stakala i staklo-keramika te korelacije njihovih termičkih i električnih svojstava sa strukturnim značajkama, novi smjer koji smo otvorili u suradnji s izv. prof. dr. sc. Janom Pisk s PMF-a u okviru Sarinog doktorata je ispitivanje ovih materijala kao katalizatora. Iznenađuje da nije dostupan velik broj istraživanja na ovu temu iako su se fosfatna stakla i staklo-keramike pokazali kao potencijalni katalizatori u kemijskim reakcijama, poput epoksidacije, što otvara nove smjerove za njihovu uporabu”, navodi mentor dr. sc. Luka Pavić, jedan od voditelja istraživanja.
Ovi materijali mogu se ponovo regenerirati i ponovno koristiti, pri čemu zadržavaju učinkovitost. Ova se stakla mogu pripremiti jednostavnim postupkom, koji osigurava reproducibilnost i pojednostavljuje pripravu ovih materijala na većim skalama, što je od posebne važnosti za primjenu u katalizi na industrijskoj skali.
Ovakva istraživanja su važna jer razumijevanje načina na koji se različiti oksidi međusobno povezuju unutar strukture stakla otvara mogućnosti za razvoj novih vrsta natrij-ionskih baterija koje bi mogle biti učinkovitije i isplativije od trenutnih litij-ionskih opcija, zaključili su znanstvenici.
Pročitajte još:
Ovim istraživanjima znanstvenici su dodatno potvrdili multifunkcionalnost fosfatnih stakala i staklo-keramika.
Rezultati istraživanja fosfatnih stakala i staklo-keramika znanstvenika Laboratorija za funkcionalne materijale već su objavljeni u nekoliko znanstvenih časopisa a istraživanja su podržana u sklopu projekata Hrvatske zaklade za znanost i Zaklade HAZU.
IRB
Bijenička cesta 54, 10000, Zagreb, Hrvatska
55.431.600,00 (2023)
957 (2023)
2 Odgovora
Ovaj znanstveni institut radi vrhunski posao 👏🏻
Samo tako, go croatia!