РОЗРОБКА АМОРФНИХ МЕТАЛЕВИХ ПОВЕРХОНЬ ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ В СИСТЕМАХ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ

Автор(и)

  • М. В. Панчук ІФНТУНГ, 76019, Івано-Фрнківськ, вул. Карпатська, 15
  • Л. І. Криштопа ІФНТУНГ, 76019, Івано-Фрнківськ, вул. Карпатська, 15
  • Р. О. Дейнега ІФНТУНГ, 76019, Івано-Фрнківськ, вул. Карпатська, 15
  • У. М. Николин ІФНТУНГ, 76019, Івано-Фрнківськ, вул. Карпатська, 15
  • Т. М. Панчук Університет Короля Данила вул. Євгена Коновальця, 35, м. Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-2(46)-238-251

Ключові 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

Дані завантаження ще не доступні.

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

13.11.2026

Як цитувати

Панчук, М. В., Криштопа, Л. І., Дейнега, Р. О., Николин, У. М., & Панчук, Т. М. (2026). РОЗРОБКА АМОРФНИХ МЕТАЛЕВИХ ПОВЕРХОНЬ ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ В СИСТЕМАХ НАКОПИЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ. Нафтогазова енергетика, (2(46), 238–251. https://doi.org/10.31471/1993-9868-2026-2(46)-238-251

Номер

Розділ

НОВІ РІШЕННЯ У СУЧАСНІЙ ТЕХНІЦІ ТА ТЕХНОЛОГІЯХ

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають

1 2 > >> 

Схожі статті

<< < 1 2 3 4 5 > >> 

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.