РОЗРОБКА АМОРФНИХ МЕТАЛЕВИХ ПОВЕРХОНЬ ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ В СИСТЕМАХ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-2(46)-238-251Ключові слова:
аморфні метали, ближній порядок, середній порядок, металеві скла, іонний транспорт, електрохімічні поверхні.Анотація
Електрохімічні системи накопичення енергії, включаючи батареї, паливні елементи та суперконденсатори, відіграють вирішальну роль у вирішенні проблеми невідповідності між виробництвом та споживанням енергії. Проте ці системи також мають низку недоліків, як от висока вартість, обмежений термін служби, втрати ємності, екологічні ризики та низька щільність енергії. Центральним викликом у вдосконаленні систем накопичення та зберігання енергії є дослідження впливу передових матеріалів, на обмеження та недоліки сучасних енергетичних систем. Серед різних систем, аморфні метали стали перспективним класом функціональних матеріалів для зберігання та перетворення енергії завдяки своїй невпорядкованій атомній структурі та унікальним міжфазним властивостям. В роботі досліджено як структурний безлад - співвідношення близького та середнього порядків впливає на ключові властивості: електронну структуру, іонний транспорт, каталітичну активність та механічну податливість. Виявлено, що налаштування розподілу щільно упакованих областей аморфних матеріалів збільшує пластичну деформацію від 2% до 8%, сприяючи одноріднішому розподілу зсуву. Наукова новизна отриманих результатів полягає у проведенні компаративного аналізу функціональних характеристик різних класів матеріалів, за результатами якого встановлено, що аморфні структури демонструють вищу електрохімічну активність, стабільність та ефективність накопичення енергії порівняно з їхніми кристалічними аналогами. Крім того, обґрунтовано переваги локальної архітектури матеріалу в енергетичних застосуваннях; доведено, що неоднорідність атомного масштабу безпосередньо керує процесами дифузії та кінетикою перебігу реакцій. На прикладах енергетичних застосувань продемонстровано, що функціональна продуктивність аморфних металів визначається не лише складом, але й розподілом, зв'язністю та еволюцією локальних атомних структур. Унікальна продуктивність аморфних металевих матеріалів виникає завдяки взаємодії між структурним безладом, налаштованим хімічним середовищем, та процесами, що домінують на інтерфейсі, які разом керують іонним транспортом, каталітичною активністю та механічною стабільністю. Таким чином, можна стверджувати, що аморфні металеві поверхні стали універсальною платформою для покращення продуктивності в широкому спектрі технологій перетворення та накопичення енергії.
Завантаження
Посилання
1. Panchuk, A. M., Boichuk, V. M., Prysiatniuk, P. M., Panchuk, M. V., & Sheketa, V. I. (2025). Udoskonalennia metodiv doslidzhennia elementnoho skladu biopaliv ta syrovyny dlia yikh vyrobnytstva [Improvement of methods for studying the elemental composition of biofuels and raw materials for their production]. Naftohazova Enerhetyka, (2(44)), 249–260. https://doi.org/10.31471/1993-9868-2025-2(44)-249-260 (in Ukrainian)
2. Panchuk, A., Panchuk, M., & Deineha, R. (2024). Perspektyvy vprovadzhennia tekhnolohii pirolizu biomasy dlia zbilshennia vyrobnytstva biopaliv [Prospects for the implementation of biomass pyrolysis technologies to increase biofuel production]. Naftohazova Enerhetyka, (2(42)), 137–144. https://doi.org/10.31471/1993-9868-2024-2(42)-137-145 (in Ukrainian)
3. Panchuk, M., Szkodo, M., Shlapak, M., Sheketa, V., Prysyazhnyk, P., & Stanislawska, A. (2024). Manufacturing techniques of elastomeric nanocellulose composites. In Elastomeric Nanocellulose Composites (pp. 117–140). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-18608-0.00024-3
4. Mahmoud, M., Ramadan, M., Olabi, A. G., Pullen, K., & Naher, S. (2020). A review of mechanical energy storage systems combined with wind and solar applications. Energy Conversion and Management, 210, Article 112670. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112670
5. Rekioua, D. (2023). Energy storage systems for photovoltaic and wind systems: A review. Energies, 16(9), Article 3893. https://doi.org/10.3390/en16093893
6. Panchuk, M., Panchuk, A., & Mandryk, I. (2021). Problems of CO2 emissions in Ukraine and ways to overcome them. Paper presented at the Third International Sustainability and Resilience Conference: Climate Change, Sakheer, Bahrain. https://doi.org/10.1109/IEEECONF53624.2021.9668043
7. Ji, W., Hong, F., Zhao, Y., Liang, L., Du, H., Hao, J., Fang, F., & Liu, J. (2024). Applications of flywheel energy storage system on load frequency regulation combined with various power generations: A review. Renewable Energy, 223, Article 119975. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.119975
8. Malik, F. H., Hussain, G. A., Alsmadi, Y. M., Haider, Z. M., Mansoor, W., & Lehtonen, M. (2025). Integrating energy storage technologies with renewable energy sources: A pathway toward sustainable power grids. Sustainability, 17(9), Article 4097. https://doi.org/10.3390/su17094097
9. Aneke, M., & Wang, M. (2016). Energy storage technologies and real life applications – A state of the art review. Applied Energy, 179, 350–377. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.06.097
10. Vasishtha, A. (2025). Advanced materials for energy conversion and storage. Paper presented at the 7th International Conference on Inventive Material Science and Applications (ICIMA), Namakkal, India. https://doi.org/10.1109/ICIMA64861.2025.11074121
11. Treacy, M. M. J., & Borisenko, K. B. (2012). The local structure of amorphous silicon. Science, 335(6071), 950–953. https://doi.org/10.1126/science.1214780
12. Janovszky, D., Sveda, M., Sycheva, A., Kristaly, F., Zámborszky, F., Koziel, T., Bala, P., Czel, G., & Kaptay, G. (2022). Amorphous alloys and differential scanning calorimetry (DSC). Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 147, 7141–7157. https://doi.org/10.1007/s10973-021-11054-0
13. Mir, R. A., Kirk, D. W., & Thorpe, S. J. (2024). Recent progress and advances in nickel-based amorphous metal alloys towards alkaline water splitting: A review. Journal of Alloys and Compounds, 976, Article 173211. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173211
14. Sotelo-Mazón, O., Henao, J., Zezatti, V., Rojas, H., Espinosa-Arbeláez, D., Mondragón-Rodríguez, G. C., & Poblano-Salas, C. A. (2026). Development of amorphous metallic surfaces for energy storage applications. Applied Sciences, 16(8), Article 4039. https://doi.org/10.3390/app16084039
15. Yao, Y., Rui, X., Bai, R., Ouyang, Y., Li, G., Zhao, Y., Zhu, Y., Zhao, M., Li, B. Q., Zhang, X., & et al. (2025). Roadmap for next-generation electrochemical energy storage technologies: Secondary batteries and supercapacitors. ACS Nano, 19, 30568–30687. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c10091
16. Feng, Z., Geng, H., Zhuang, Y., & Li, P. (2024). Progress, applications, and challenges of amorphous alloys: A critical review. Inorganics, 12(9), Article 232. https://doi.org/10.3390/inorganics12090232
17. Wang, G., Chen, Z., Zhu, J., Xie, J., Wei, W., Yan, Y. M., & Ni, B. J. (2026). High-entropy amorphous catalysts for water electrolysis: A new frontier. Nano-Micro Letters, 18, Article 77. https://doi.org/10.1007/s40820-025-01936-5
18. Hwang, S., Koh, H., & Yang, J. C. (2026). Electron microscopy approaches to unraveling the structure of amorphous materials. Small Methods, 10, Article e01852. https://doi.org/10.1002/smtd.202501852
19. Aldayyat, A., & Yam, F. K. (2025). Recent development in metal phosphate-based electrode materials for supercapacitor application: A review. Journal of Solid State Electrochemistry, 29, 4249–4280. https://doi.org/10.1007/s10008-025-06280-7
20. Ning, S. R., Gao, J., & Wang, Y. G. (2011). Review on applications of low loss amorphous metals in motors. Advanced Materials Research, 129–131, 1366–1371. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.129-131.1366
21. Ma, D., Stoica, A., & Wang, X.-L. (2009). Power-law scaling and fractal nature of medium-range order in metallic glasses. Nature Materials, 8, 30–34. https://doi.org/10.1038/nmat2340
22. Jiang, H., Shang, T., Xian, H., Sun, B., Zhang, Q., Yu, Q., Bai, H., Gu, L., & Wang, W. (2021). Structures and functional properties of amorphous alloys. Small Structures, 2, Article 2000057. https://doi.org/10.1002/sstr.202000057
23. Sheng, H. W., Luo, W. K., Alamgir, F. M., Bai, J. M., & Ma, E. (2006). Atomic packing and short-to-medium-range order in metallic glasses. Nature, 439, 419–425. https://doi.org/10.1038/nature04421
24. Yuan, Y., Kim, D. S., Zhou, J., Chang, D. J., Zhu, F., Nagaoka, Y., Yang, Y., Pham, M., Osher, S., Chen, O., & et al. (2022). Three-dimensional atomic packing in amorphous solids with liquid-like structure. Nature Materials, 21, 95–102. https://doi.org/10.1038/s41563-021-01123-x
25. Riechers, B., Pekin, T. C., Luo, X. Y., Sun, Y., Koch, C. T., Derlet, P. M., & Maaß, R. (2026). Spatial distribution and connectivity of medium-range order signatures in a metallic glass probed with simulated and experimental 4D-STEM. Journal of Alloys and Compounds, 1058, Article 186631. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.186631
26. Rashidi, R., Vaerst, Ø., Riechers, B., Rösner, H., Wilde, G., & Maaß, R. (2026). Atomic-scale strain fluctuations as an origin for elastic microstructures in metallic glasses. Acta Materialia, 308, Article 121982. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.121982
27. Wu, Y., Cao, D., Yao, Y., Zhang, G., Wang, J., Liu, L., Li, F., Fan, H., Liu, X., Wang, H., & et al. (2021). Substantially enhanced plasticity of bulk metallic glasses by densifying local atomic packing. Nature Communications, 12, Article 6582. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26880-2
28. Shi, H., Xu, Y., Liang, G., Zhan, J., Chen, J., & Guo, X. (2025). Enhancing mechanical properties and corrosion resistance of Zr-based bulk metallic glasses by Ta addition. Journal of Non-Crystalline Solids, 650, Article 123370. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2024.123370
29. Li, L., Qian, Y., Wang, Z., Tong, Q., Wang, M., Pan, Q., & Yu, Y. (2025). Research progress on the corrosion behavior of metallic glass and its composites. Metals, 15(12), Article 1345. https://doi.org/10.3390/met15121345
30. da Costa, E. V., da Silva, M. L., de Carvalho, M. P., da Cruz, D. M., Aliaga, L. C., & Bastos, I. N. (2024). Electrochemical characterization of amorphous and crystalline Ni62Nb38 and Ni59.24Nb37.76B3.00 alloys. VETOR - Revista de Ciências Exatas e Engenharias, 34(1). https://doi.org/10.14295/vetor.v34i1.17711
31. Yang, S., Jiao, F., & Gong, Y. (2023). Electrochemical crystalline/amorphous Ni(OH)S@CoFe-LDH/NF for efficient oxygen evolution reaction. SSRN. https://doi.org/10.2139/ssrn.4591388
32. Dekhtyarenko, V. A., Nosenko, V. K., Kyrylchuk, V. V., Nosenko, A. V., Semyrga, O. M., Yevlash, I. K., & Bondarchuk, V. I. (2025). Amorphous alloys as a promising class of functional materials. Pt. 1: Manufacturing methods, structure, physical and mechanical properties. Progress in Physics of Metals, 26(3), 598–625. (in Ukrainian)
33. Das, A., Balakrishnan, N. T., Sreeram, P., Fatima, M. J., Joyner, J. D., Thakur, V. K., Pullanchiyodan, A., Ahh, J. H., & Raghavan, P. (2024). Prospects for magnesium ion batteries: A comprehensive materials review. Coordination Chemistry Reviews, 502, Article 215593. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215593
34. Guo, T., Hu, P., Li, L., Wang, Z., & Guo, L. (2023). Amorphous materials emerging as prospective electrodes for electrochemical energy storage and conversion. Chem, 9(5), 1080–1093. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.03.032
35. Tian, F., Radin, M. D., & Siegel, D. J. (2014). Enhanced charge transport in amorphous Li2O2. Chemistry of Materials, 26(9), 2952–2959. https://doi.org/10.1021/cm5007372
36. Huang, Y. W., He, Y., Sheng, H., Lu, X., Dong, H. N., Samanta, S., Dong, H. L., Li, X. F., Kim, D. Y., Mao, H. K., & et al. (2019). Li-ion battery material under high pressure: Amorphization and enhanced conductivity of Li4Ti5O12. National Science Review, 6(2), 239–246. https://doi.org/10.1093/nsr/nwy122
37. Delmer, O., Balaya, P., Kienle, L., & Maier, J. (2008). Enhanced potential of amorphous electrode materials: Case study of RuO2. Advanced Materials, 20(3), 501–505. https://doi.org/10.1002/adma.200701349
38. Song, X., Bai, L., Wang, C., Wang, D., Xu, K., Dong, J., & Yang, J. (2023). Synergistic cooperation of Zn (002) texture and amorphous zinc phosphate for dendrite-free Zn anodes. ACS Nano, 17(15), 15113–15124. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04343
39. Liu, T., Li, N., Wu, B., Han, X., Ding, Q., Zhao, Q., Cheng, Q., Wang, R., & Li, D. (2025). Electroless deposition of Ni-Co-B-P coating as a durable electrode for hydrogen evolution reaction in alkaline media. International Journal of Hydrogen Energy, 102, 900–908. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.01.095
40. Wang, L., Huang, K., Zheng, X., Liu, Y., Wu, J., Dai, Q., & Hou, Y. (2025). A corrosion-resistant amorphous/crystalline heterostructured catalyst for industrial-level seawater electrolysis in membrane electrode assembly electrolyzer. Advanced Functional Materials, 35, Article 2417603. https://doi.org/10.1002/adfm.202417603
41. Aneeshkumar, K. S., Tian, J., & Shen, J. (2021). Dual-phase amorphous–nanocrystalline nanoporous sites activated in Mo inserted CuTi metallic glass as efficient electrocatalysts for hydrogen evolution reaction. Journal of Alloys and Compounds, 886, Article 161270. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161270
42. Qin, C., Zheng, D., Hu, Q., Zhang, X., Wang, Z., Li, Y., Zhu, J., Ou, J. Z., Yang, C., & Wang, Y. (2020). Flexible integrated metallic glass-based sandwich electrodes for high-performance wearable all-solid-state supercapacitors. Applied Materials Today, 19, Article 100539. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.100539
43. Zheng, D., Lai, Y., Wang, M., Gong, C., Li, Q., Xie, H., Bai, Q., & Zhang, C. (2025). Robust nanoporous copper-nickel@copper-nickel oxides/metallic glass sandwiches enabling highly flexible supercapacitors. Applied Surface Science, 696, Article 162995. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.162995
44. Yuan, X. J., Zhang, Y. R., Qu, X. H., Yin, H. Q., Li, S., Yan, Z. W., Tan, Z. J., Hu, S. M., Gao, Y. G., & Guo, P. Y. (2024). A review of the preparation and prospects of amorphous alloys by mechanical alloying. Journal of Materials Research and Technology, 33, 3117–3143. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.10.026
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Нафтогазова енергетика
TЦя робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
.png)
1.png){kind=logo}
