Primjena MXene-a u elektrokemijskim izvorima energije

undergraduate thesis

• Title (english): MXene application in electrochemical power sources
• Author: Augustin Brzić
• Mentor: Marijana Kraljić Roković (mentor)
• Mentor: Gabrijela Ljubek (komentor)
• Committee member: Marijana Kraljić Roković (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Helena Otmačić Ćurković (član povjerenstva)
• Committee member: Domagoj Vrsaljko (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2024-09-20, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Chemical Engineering

Abstract

Od njihovog otkrića 2011. godine MXene-i su zaniteresirali znanstvenike širom svijeta zbog njihovih izvanrednih svojstava. Njihova jedinstvena struktura od par atomskih slojeva karbida i nitrida prijelaznih metala omogućuje im veliku električnu vodljivost i veliku specifičnu površinu. Uz mnoge druge primjene ova svojstva ih čine idealnim materijalima za upotrebu u električnim izvorima energije poput litij-ionskih baterija, superkondenzatora i gorivnih članaka. U baterijama se najčešće upotrebljavaju kao anodni materijali, jer osiguravaju brzu difuziju interkalirajućih iona i stabilnosti tijekom ciklusa pražnjenja i punjenja što omogućuje povećanje kapaciteta i poboljšanje dugotrajnosti baterija. U supekondenzatorima, MXene-i povećavaju specifičnu energiju što rezultira izvorom energije s velikom specifičnom energijom i snagom. Njihova katalitička svojstva dolaze do izražaja prilikom primjene u gorivnim člancima gdje ubrzavaju reakciju redukcije kisika. Također, njihova visoka vodljivost poboljšava prijenos naboja, smanjujući unutarnji otpor uređaja. Izvanredna mehanička svojstva MXene-a iskorištena su za pretvorbu energije u triboelektričnim nanogenreatorima (TENG), a njihova biokompatibilnost iskorištena je u mikrobnim gorivnim člancima (eng. Microbial fuel cell, MFC). Navedene karakteristike čine MXene vrlo obećavajućim materijalima za budući razvoj visokoefikasnih i dugotrajnih sustava za pohranu energije, te otvaraju put prema održivoj energetskoj budućnosti.

Abstract (english)

Since their discovery in 2011, MXenes have attracted attention worldwide due to their remarkable properties. Their unique structure, consisting of a few atomic layers of transition metal carbides and nitrides, grants them high electrical conductivity and a large specific surface area. Along with many other applications, these properties make them ideal materials for use in energy sources such as lithium-ion batteries, supercapacitors, and fuel cells.
In batteries, they are most commonly used as anode materials due to their ability for rapid intercalant ion diffusion and stability during charge and discharge cycles, which enhances capacity and improves battery longevity. In supercapacitors, MXenes increase specific energy resulting in a device with high specific energy and power. Their catalytic properties shine in fuel cells, where they accelerate the oxygen reduction reaction. Additionally, their high conductivity improves charge transfer, reducing the internal resistance of devices.
The exceptional mechanical properties of MXenes have been utilized for energy conversion in triboelectric nanogenerators (TENG), and their biocompatibility has been applied in microbial fuel cells (MFC). All these characteristics make MXenes highly promising materials for the future development of efficient and long-lasting energy storage systems, paving the way toward a sustainable energy future.

• Keywords: baterije; gorivni članci; MXene; superkondenzatori; TENG
• Keywords (english): batteries; fuel cells; MXenes; supercapacitors; TENG
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:667175
• Study programme: Title: Materials Science and Engineering - Undergraduate study; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (sveučilišni/a prvostupnik/prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2024-11-17 16:46:57