Электрохимические процессы в LiIon аккумуляторах При разряде элементов питания ионы лития переносят заряд от анода к катоду. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". Международный коллектив, в который вошли учёные Сколтеха и их коллеги из Франции, США и Швейцарии, обнаружил причину энергетических потерь в цикле заряда-разряда литий-ионных. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал.
Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT
"В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «катоды». Все статьи перед публикацией проверяются, а новости публикуются только на основе статей из рецензируемых. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру.
Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501
Хотя поиск лучшей ионной жидкости остается сложной задачей, эта идея обещает новые направления в разработке твердых литиевых батарей для практического применения. Но поскольку мы ищем лучшие решения с более высокой плотностью энергии, ученые обращаются к твердотельным литий-металлическим батареям. Литий-металлические батареи потенциально имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем их литий-ионные аналоги. Они рассматриваются как будущее батарей, приводящих в действие транспортные средства и энергосистемы в огромных масштабах. Однако технические проблемы не позволяют твердотельным литий-металлическим батареям найти применение в требовательных приложениях. Одним из основных является дизайн интерфейса между электродами и твердыми электролитами. Электролиты в литий-ионных батареях обычно жидкие и легко воспламеняются, что представляет угрозу безопасности.
Поэтому при соблюдении правил эксплуатации Li-ion элементы питания абсолютно безопасны в использовании.
Но со временем протекающие в аккумуляторах электрохимические процессы замедляются. Из-за этого уменьшается восстанавливаемая емкость, батарея быстрее разряжается и хуже держит заряд. У большинства литий-ионных элементов такие симптомы возникают после 700—1000 циклов работы. Срок их службы составляет более 2000 и 7000 соответственно. Рассмотрим подробнее, какие процессы в АКБ вызывают постепенные изменения внутренней структуры и снижение производительности. Как устроена Li-ion ячейка? Анод из графита или альтернативного материала с пористой структурой, чтобы ионы Li могли на время встраиваться в пространство между слоями.
Сепаратор с электролитом на базе этилен-карбоната, разделяющий электроды и проводящий ионы Li. Слой катода наносится на алюминиевую фольгу, а слой анода — на медную. Между ними находится сепаратор.
В некоторых экспериментах ученые использовали не литий-содержащие электролиты, а калий-содержащие и так получали калиевые двухионные аккумуляторы, для работы которых не нужно дорогого лития.
На их основе сделали катоды, а в качестве анодов использовали металлический литий и калий - все основные характеристики таких прототипов батарей, которые называются полуячейками, определяются катодной частью и ученые собирают их, чтобы быстро оценить возможности новых катодных материалов. PDPAPZ напротив оказался достаточно удачным материалом: литиевые полуячейки с этим полимером могли сравнительно быстро заряжаться и разряжаться, а также показали хорошую стабильность. Они сохраняли до трети своей ёмкости даже после 25 тысяч рабочих циклов - если бы обычный аккумулятор в телефоне обладал такой же стабильностью, то его можно было бы ежедневно заряжать и разряжать на протяжении 70 лет. Таким образом, российские ученые показали, что разработанные полимерные катодные материалы можно использовать для создания эффективных литиевых и калиевых двухионных аккумуляторов.
Добавьте новости "Курьер. Бердск" в избранное - и Яндекс будет показывать их выше остальных. Если вы станете очевидцем чрезвычайного происшествия или чего-то необычного, вы можете делиться с нами новостями! Добавляйте в свои телефоны наш номер 8953-878-90-10 WhatsApp и подписывайтесь на аккаунт в Instagram.
Йошино Ashi Kasei Corp. В наши дни для анодов в исследовательской практике применяют разнообразные углеродные материалы, а в промышленности — только некоторые специальные, такие как «мезоуглеродные мезобусы» MCMB — продукт карбонизации пековых смол, выпускаемый японской компанией Osaka gas Co. Любой химический источник тока состоит из двух электродов катода и анода , контактирующих с электро-литом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. При включении аккумулятора во внешнюю электрическую цепь в ней возникает электрический ток. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно-разделенных процессов: на катоде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны, создавая разрядный ток, переходят по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя В конце прошлого века внимание исследователей привлекли также материалы на основе оксида олова. При использовании их в качестве анода литий внедряется не собственно в оксид, а в металлическое олово, образующееся при первоначальной катодной поляризации электрода. Теоретическая емкость аккумулятора с таким анодом почти втрое выше, чем с углеродным, однако недостатком всех металлических анодов является заметное изменение их объема при внедрении лития. Проблему удалось решить благодаря применению кремния, из которого стали изготавливать аноды в виде тонких аморфных пленок или наноструктурированных композитов с углеродом. Сегодня емкость ЛИА лимитируется в основном свойствами катодных материалов.
В качестве последних используют различные по структуре соединения. Наиболее широкое распространение получил упомянутый выше кобальтат лития LiCoO2: его слоистая структура обеспечивает двумерную диффузию ионов лития. Преимуществами этой системы являются высокое рабочее напряжение 4 В , относительная простота синтеза, высокая электронно-ионная проводимость, что способствует циклированию при больших плотностях тока, и т. Однако у LiCoO2 имеется и немало недостатков: токсичность, невысокая практическая удельная емкость около половины от теоретической , недостаточная термическая и структурная устойчивость и др. К тому же кобальтовое сырье довольно дорого. В последние годы стали использоваться и другие соединения со слоистой структурой, содержащие ионы нескольких переходных металлов кобальта, никеля, марганца , практическая емкость которых в полтора раза превосходит емкость кобальтата лития. В отличие от слоистой, шпинельная структура обеспечивает трехмерную диффузию ионов лития. Однако свободный объем, доступный для ионов лития, невелик, что ограничивает скорость диффузии и снижает мощность электрохимической ячейки в целом. Недостатками LiMn2O4 являются также заметная растворимость марганца в электролите и структурная неустойчивость при напряжениях ниже 3 В. В последние годы большое внимание уделяется исследованиям катодных материалов с каркасной структурой на основе соединений лития и переходных металлов Fe, Mn, Co, Ni с полианионами, такими как PO4 3—, AsO4 3— и др.
LiFePO4 отличается высокой структурной и химической устойчивостью при циклировании, а также нетоксичностью и доступностью. Однако у него очень низкая электронная и литий-ионная проводимость и, как следствие, неудовлетворительная циклируемость при больших токах. Однако в ходе многочисленных исследований были разработаны разнообразные методы для улучшения свойств LiFePO4.
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий. Основными препятствиями были отсутствие эффективного электролита и отсутствие достаточно качественных катодных материалов. CuS как природный минерал обладает благоприятными электрохимическими свойствами. Его слоистая структура позволяет ему хранить различные катионы, включая литий, натрий и магний.
То есть катод будет меньше, вся батарея — компактнее. Значит, заняв тот же объем, аккумулятор сможет запасти больше энергии, и пробег на одной зарядке увеличится», — заявил руководитель исследования, профессор Центра энергетических технологий Сколтеха Артем Абакумов. Ученым удалось изменить микроструктуру материалов, получив монокристаллы сфероподобной формы. Так как сферическая форма кристаллов уменьшает площадь соприкосновения катода с электролитом, это замедляет процессы старения и деградации.
К сожалению, из-за разницы напряжений заряда и разряда гистерезис напряжения работа такого аккумулятора сопровождается потерями энергии, что создаёт препятствие для практического использования. Одновременно катодный материал должен отдать или принять эквивалентное количество электронов, чтобы сохранить электронейтральность. В нашей работе показано, что кинетические затруднения и энергетические барьеры связаны не только с перемещением катионов лития, но в значительной степени с перемещением электронов.
В особенности заторможенной может быть передача электронов между катионами переходного металла и атомами кислорода, что как раз и приводит к энергетическим потерям», — рассказывает директор Центра энергетических технологий CEST Сколтеха профессор Артём Абакумов. Мы убедительно показали отсутствие таких необратимых процессов с использованием просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.
Однако технические проблемы не позволяют твердотельным литий-металлическим батареям найти применение в требовательных приложениях. Одним из основных является дизайн интерфейса между электродами и твердыми электролитами. Электролиты в литий-ионных батареях обычно жидкие и легко воспламеняются, что представляет угрозу безопасности.
Вот почему вместо этого люди пытаются использовать твердотельный электролит. Однако трудно добиться хорошего контакта между электродами и твердыми электролитами. Любая шероховатость поверхности с обеих сторон приводит к высокому межфазному сопротивлению, что снижает производительность батареи. Была проведена некоторая работа по изучению конструкции твердого электролита , но конструкция катода остается открытым вопросом.
Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов
Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Международный коллектив, в который вошли учёные Сколтеха и их коллеги из Франции, США и Швейцарии, обнаружил причину энергетических потерь в цикле заряда-разряда литий-ионных. Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в. Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью.
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
Историк Марьяна Скуратовская Узнать больше Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки! Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий!
Исследователи обращаются к дисульфиду ванадия VS2 не в первый раз. И всегда основным препятствием в реализации такой батареи была нестабильность этого материала. Низкая стабильность означает короткий срок службы аккумулятора. Американские ученые в ходе исследований не только нашли причину нестабильности, но и способ устранить ее. Они определили, что литий вызывает асимметрию в атомах ванадия, из-за которого разрушались хлопья VS2. Но если покрыть их нанослоем дисульфида титана, это повысит стабильность материала и улучшит его производительность в батарее.
Например, при электролитическом рафинировании металлов меди , никеля и пр.
Получаемый металл также именуется катодом катод медный [2] , катод никелевый, катод цинковый и т. Для сдирания готового катода с постоянной катодной основы используются катодосдирочные машины. Катод в вакуумных электронных приборах[ править править код ] В вакуумных электронных приборах катод — электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки.
RU в пресс-службе губернатора и правительства Новосибирской области, «Катод» — это высокотехнологичное предприятие с собственной научной базой, которое тесно сотрудничает в разработках и исследованиях с институтами СО РАН. Предприятие осуществляет разработку и выпуск оптикоэлектронных приборов и комплектующих: электронно-оптических преобразователей, приборов ночного видения, фотоумножителей и. И можно сказать, что это производство уникальное — серийный выпуск ЭОП 3-го поколения сегодня налажен только в двух странах: в России — на «Катоде» и в США. Современные приборы ночного видения, произведенные «Катодом», уже поставлены для снабжения новосибирских бойцов. И здорово, что коллектив так быстро — буквально за полгода — в разы увеличил объёмы производства. Мы, конечно, будем оказывать всяческую поддержку.
Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов
Новости электроники, справочник радиолюбителя, электронные компоненты, радиодетали. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью.
Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов 01. Просмотры: 64 Быстроразвивающаяся отрасль производства электромобилей рано или поздно столкнется с дефицитом лития — ключевого элемента для электрохимических аккумуляторов. Ученые ЮФУ предложили метод получения катодного материала на основе фторида железа с использованием уникальных нанопористых веществ — метал-органических каркасных структур MIL-88. Сейчас исследования в области разработки новых, обладающих уникальными характеристиками, материалов для электрохимических систем становятся еще более актуальными в связи с лавинообразным началом замены бензиновых автомобильных двигателей на электрические, и повсеместным распространением электронных гаджетов. Александр Солдатов — научный руководитель направления ЮФУ, профессор МИИ ИМ ЮФУ Ученые Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ провели исследование, в ходе которого предложили новый, простой и масштабируемый метод производства конверсионного катодного материала на основе фторида железа.
После большого количества циклов перезарядки емкость батарей на основе подобного материала почти не снизилась. Вдобавок исследователи не нашли намеков на то, что вырабатываемое ими напряжение падало, что характерно для батарей с катодами на базе других слоистых соединений лития. Это относительно много для катодных материалов натрий-ионных аккумуляторов. Более того, сам материал оказался устойчив к воздействию влаги, а его емкость не падает на протяжении большого числа циклов разряда и заряда, что не характерно для подобных соединений Пока у нового материала нашли один крупный недостаток - напряжение вырабатываемого им тока сильно меняется в процессе разряда и заряда. Из-за этого эффективность натрий-ионных аккумуляторов на его основе сильно хуже, чем у конкурентов.
Химики надеются, что в дальнейших экспериментах они смогут справиться с этой проблемой, что откроет дорогу для практического использования подобных источников питания.
Основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны. Несмотря его преимущества, причиной, по которой его не могли применить в качестве катодных материалов, долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий почти достижимую удельную энергию аккумулятора. Исследователи из Сколтеха создали перспективный, коммерчески выгодный катодный материал на основе фторидофосфата титана. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал.
По оценке исследователей, эта давняя проблема была почти полностью устранена. Теперь исследовательская группа ставит перед собой задачу поиска решения еще одной сложной проблемы катодных материалов LMR — гистерезиса напряжения. Это явление вызывается разницей в профилях напряжения во время циклов зарядки и разрядки аккумулятора. Ранее широко считалось, что гистерезис напряжения возникает из-за нестабильности сотовой надстройки, но даже с улучшенной стабильностью во время циклов, обеспечиваемой новой разработкой, явление гистерезиса напряжения не было устранено. Решение этой проблемы, как ожидается, позволит еще больше повысить плотность энергии для многослойных катодных материалов.
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Это приводит к ускорению ионного транспорта и, соответственно, процессов заряда-разряда в аккумуляторах. Меньшие по размеру частицы также лучше адаптируются к объемным изменениям в ходе внедрения и экстракции ионов лития, что способствует повышению структурной стабильности материалов. С увеличением дисперсности наблюдается и повышение электрохимической емкости. Особенность этого способа в том, что синтез наночастиц LiFePO4 из исходных реагентов идет параллельно с модифицированием поверхности этих частиц углеродом. В 2011 г. В сфере литий-ионных аккумуляторов все происходит на удивление быстро. Так, кобальтат лития был предложен в качестве катодного материала в 1986 г. Синтезировать железо-фосфат лития сложнее, к тому же он выходил на уже имеющийся рынок, однако в данном случае от идеи до внедрения прошло не более десятка лет.
И сразу же после этого многие автомобилестроительные компании, такие как Toyota, Renault, General Motors, Nissan и др. Сейчас разрабатываются новые виды литиевых аккумуляторов — литий-серные и литий-воздушные. При использовании кислорода воздуха в качестве катода плотность аккумулирования энергии может увеличиться в 5—10 раз! Рекордные значения удельной энергии и емкости, характерные для литий-воздушных аккумуляторов, а также низкая стоимость реагентов объясняют большой практический и экономический интерес к этой теме. В последние годы в США на эти исследования тратятся миллиарды долларов, в России же это направление только начинает развиваться. Но самый удивительный вклад в разработку ЛИА собираются внести... Ученые из Массачусетского технологического института показали, что с помощью генетически модифицированных бактериофагов — вирусов, инфицирующих бактерии и безвредных для человека, — можно наладить процесс самосборки рабочих электродов литиевого аккумулятора.
Сначала бактериофаги покрывают свою оболочку аморфным фосфатом железа, способным обратимо принимать и отдавать ионы лития, а затем селективно присоединяются к углеродным нанотрубкам, обладающим высокой электропроводностью Belcher, 2010. Аккумулятор, собранный на основе таких «вирусных» электродов с разветвленной структурой, продемонстрировал мощность и емкость на уровне самых современных аккумуляторов, а также стабильную работу как минимум при 100 циклах перезарядки. Производство такого литиевого аккумулятора обходится значительно дешевле, чем обычного аккумулятора, к тому же оно не требует использования токсичных химических веществ — все процессы идут в водной среде при комнатной температуре. Благодаря процессу самосборки электродам можно придать самую разнообразную форму еще на стадии синтеза, что позволит в будущем встраивать их в различные портативные электронные устройства. И, судя по всему вышеизложенному, это будущее должно наступить очень скоро! Литература Avvakumov E. Kosova N.
Поделись с друзьями!
В качестве основы они выбрали полиароматическую азотсодержащую молекулу дигидрофеназина и соединяли ее с дифениламином или фенотиазином. В результате получались объемные сополимеры. Авторы проверили емкость устройства после 25 000 циклов заряда-разряда и обнаружили, что она составила треть от первоначальной. Если бы аккумулятор в телефоне был так же стабилен, его можно было бы ежедневно заряжать и разряжать на протяжении 70 лет.
Удельная емкость таких устройств варьировалась от 82 до 101 миллиампер-часа на грамм в зависимости от силы тока при заряде и разряде. Кроме того, зарядить такие аккумуляторы ученые смогли всего за несколько секунд.
И здорово, что коллектив так быстро — буквально за полгода — в разы увеличил объёмы производства. Мы, конечно, будем оказывать всяческую поддержку. Ведь кратное увеличение объёмов производства, в частности, на «Катоде», — это серьезный вклад в повышение эффективности работы наших бойцов», — заявил Андрей Травников. Для поддержки таких предприятий в Новосибирской области есть целый ряд программ и инструментов, утверждённых правительством региона, уточнил заместитель губернатора Сергей Сёмка. Также Андрей Травников провёл в правительстве региона совещание по вопросам содействия и координации усилий по обеспечению поставок имущества и оказания услуг воинским подразделениям, принимающим участие в СВО. Краткая справка.
Тараскон и его коллеги решили обе этих проблемы. Они подобрали такие пропорции натрия, лития и марганца, которые одновременно сделали материал стабильным и энергоемким, и разработали простую методику его синтеза. Изучение структуры материала показала, что его энергоемкость достаточно высока для катодов натрий-ионных аккумуляторов. После большого количества циклов перезарядки емкость батарей на основе подобного материала почти не снизилась. Вдобавок исследователи не нашли намеков на то, что вырабатываемое ими напряжение падало, что характерно для батарей с катодами на базе других слоистых соединений лития. Это относительно много для катодных материалов натрий-ионных аккумуляторов.
Группа "Катод" усиливает заряд
К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза.