Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый квазитвердотельный катод для твердотельных литий-металлических батарей со значительно сниженным. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении.
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Они рассмотрели, почему одни «батарейки» стареют быстрее, чем другие. Посмотрим, что у них вышло. Учёные сделали то, что уже давно нужно было сделать Сама идея посмотреть телефон под микроскопом приходит в голову немногим людям. Учёные же пошли дальше и воспользовались научными достижениями и прогрессом, чтобы снять аккумуляторный катод в 3D-проекции для форсирования дальнейших улучшений в литий-ионной технологии. Cрок службы батареи 5-8 лет беспокоит производителей электромобилей [«Неудобная правда об электромобилях», Autonews ]. Учёные использовали сканирующий электронный микроскоп. Методом сфокусированного ионного пучка они обследовали положительный электрод просто купленного в магазине аккумулятора.
И пришли к весьма интересным выводам.
По нему циркулируют большие токи, и батарея разогревается. Плавится сепаратор, расположенный в месте пробоя, увеличивая его размер. В итоге происходит короткое замыкание, устройство возгорается и приходит в негодность, что влечет за собой не только финансовые потери, но и угрозу человеческой жизни, если взрыв происходит, например, в автомобиле. Сейчас существует несколько способов решения этой проблемы.
Часто на аккумуляторе устанавливают выключатель, который реагирует на рост температуры и предотвращает перегревание батареи. Однако такая система может слишком поздно выявить неполадки. В этом случае возгорания не произойдет и техника уцелеет, но аккумулятор спасти не удастся. К тому же выключатель значительно увеличивает размеры конечного изделия. Другой метод борьбы с короткими замыканиями — нанесение на катод терморезисторного слоя.
Этот процесс требует перестройки производства и специального оборудования, что связано с большими затратами.
Один из способов исследования включает накопление заряда на ионах оксидов, а также на ионах переходных металлов. Использование новых кислородно-окислительно-восстановительных материалов для увеличения плотности энергии катода может стать прорывом, но реализация полного потенциала этой новинки в промышленных масштабах была затруднена. Причиной тому структурные изменения, которые испытывает материал во время первой зарядки, изменения эти, в основном, необратимы и приводят к значительному падению доступного напряжения при последующих разрядках и будущих циклах.
Кальций, как пятый по распространённости элемент в земной коре, широко доступен и недорог, а также у него более высокий потенциал плотности энергии, чем у лития. Также считается, что его свойства помогают ускорить перенос ионов и диффузию в электролитах и катодных материалах, что даёт ему преимущество перед другими альтернативами литиевым батареям — такими, как магний и цинк. Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий. Основными препятствиями были отсутствие эффективного электролита и отсутствие достаточно качественных катодных материалов.
Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. Знание того, какой заряд имеет катод, является ключевым для понимания его функции и влияния на электролитические. В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления.
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
Новый материал позволяет не только сократить время зарядки аккумуляторов, но и продлить их срок службы в три раза. А к 2025 году объемы производства будут увеличены в десять раз. Как объяснили представители компании, катоды нового типа не будут требовать при производстве кобальта или никеля. Последний компонент в последнее время дорожает, а также повышает пожароопасность аккумулятора.
В ближайшие три года железнодорожная пассажирская компания намерена обустроить 38 пунктов высоковольтного отопления. Также в проработке вопрос по переходу на альтернативные источники энергии.
В последнем случае выбор производителей всё чаще падает на литиевые батареи с фосфатом железа. Низкую плотность хранения заряда LFP-батареи компенсируют увеличением массы катода и всего аккумулятора, поэтому часть выгоды теряется, хотя стоимость материалов, используемых в батареях типа LFP, в три раза ниже. Южнокорейский стартап SMLAB заявил о создании первого в мире материала для катода литиевых аккумуляторов, использующего монокристаллическую структуру на основе марганца и никеля.
Благодаря сложной слоистой структуре подобные материалы можно использовать в натрий-ионных батареях, поскольку в них можно и хорошо запасать энергию, и извлекать из них. Проблема заключалась в том, что катоды на основе подобных соединений отличаются относительно низким содержанием ионов натрия и энергоемкостью. Вдобавок в присутствии паров воды они становятся крайне нестабильными. 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.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
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. 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.
Кроме того, в работе была еще одна новация. 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 емкости 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.
Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24. Литий-ионные батареи LiB — перезаряжаемые батареи, которые сохраняют энергию за счет обратимого восстановления ионов лития, остаются одной из наиболее широко используемых аккумуляторных технологий во всем мире. Эти батареи питают широкий спектр устройств, от смартфонов, наушников и ПК до умных бытовых приборов и электромобилей. Группа исследователей из Городского университета Гонконга и ряда научных центров в США под эгидой Северо-Западного университета в Чикаго разработала решение, способное серьезно улучшить производительность LiB, продлить срок их службы и увеличить их энергоемкость за счет нового типа катодного материала. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее.
Эта хорошо изученная проблема ранее не находила решения, что значительно ограничивает производительность LiB и их общий потенциал.
Ученые смогли изменить структуру обычных NMC, изменив процедуру синтеза, постепенно добавляя инертную соль. Такой подход позволил изменить октаэдрическую форму частиц на сферическую. В отличие от поликристаллов, частицы порошка не имеют внутренней структуры, поэтому на границах зерен нет пустот. Кроме того, в один и тот же ограниченный объем можно уместить больше монокристаллов сферической формы, чем октаэдрической, поэтому и плотность получается больше". Микроскопическое изображение сферических частиц, составляющих перспективный электрод нового аккумулятора Ivan Moiseev et al. Ученые считают, что путем дальнейших экспериментов можно значительно улучшить результат.
Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора. Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов. Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца. Обозначение анода и катода Обозначение анода и катода Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток — анодом, а ту, которая направлена на запад — катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод — путь солнца вверх, катод — путь солнца вниз. Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим. Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса.
В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю. У них анод — это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод — это электрод, где протекают восстановительные процессы. В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. Не путать с направлением электронов. Как работает батарейка.
Основные свойства катодов Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания эмиссии электронов. Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током. Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы: катоды прямого накала, катоды косвенного накала подогревные. Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов. Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии. Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток.
Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии. Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода. Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку керн «активируют» — покрывают пленкой другого элемента. Такие катоды называются активированными. Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна , то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна. Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки.
В итоге снижаются потери в производительности, возникающие в элементе под действием солнечного света. Большинство аккумуляторов для электромобилей содержат кобальт — металл, добыча которого связана с экономическими и политическими трудностями. Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. Новый тип катода дешевле, проводит электричество не хуже, а заряжает батарею быстрее кобальтового.
Также по теме.
Три года назад, в 2016 году, компания запустила новый производственный корпус общей площадью 6000 кв. Этот инвестиционный проект дал возможность увеличить мощности производства и повысить качество выпускаемой продукции. Это позволило внедрить 17 новейших разработок и приступить к вводу нового изделия в серийное производство. Конечно, сложностей в работе добавилось, но мы находим ресурсы для работы и в этих условиях. А то, что американское правительство ввело санкции против новосибирской компании, только подчеркивает, что в нас видят сильного конкурента», — отметил Владимир Локтионов. Первые заказы уже поступили. Успешную апробацию в ЦЕРНе Европейский центр ядерных исследований прошли опытные образцы последнего поколения фотоэлектронных умножителей.
Мы были включены в перечень поставщиков в случае возможных проектов в этом направлении. Это небольшие деньги. Но это вопрос престижа. Предприятий, обладающих компетенциями для такого производства, в мире не так много», — рассказал Сергей Мурашкин. Работать с удовольствием Своими успехами предприятие обязано прежде всего людям, которые здесь работают. Это выше, чем средняя зарплата в Новосибирской области. За пять лет на предприятии было создано 103 новых рабочих места. Общая численность сотрудников увеличилась до 750 человек, средний возраст в коллективе — 45 лет.
На заводе вот уже 15 лет работает медицинский пункт, где сотрудники могут пройти медицинское обследование. Традиционно компенсируется питание в столовой, также пережившей реконструкцию. Довольно много внимания уделяется спорту — «Катод» проводит как минимум четыре серьезных спартакиады среди работников. Особое отношение культивируется здесь к молодым специалистам и ветеранам труда.
Эти батареи питают широкий спектр устройств, от смартфонов, наушников и ПК до умных бытовых приборов и электромобилей. Группа исследователей из Городского университета Гонконга и ряда научных центров в США под эгидой Северо-Западного университета в Чикаго разработала решение, способное серьезно улучшить производительность LiB, продлить срок их службы и увеличить их энергоемкость за счет нового типа катодного материала. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Эта хорошо изученная проблема ранее не находила решения, что значительно ограничивает производительность LiB и их общий потенциал. В последнее время наблюдается всплеск интереса к классу материалов LMR, характеризующихся уникальной O2-многослойной структурой. Выявилось, что эти материалы демонстрируют меньшее падение напряжения по сравнению с обычными LMR со структурой O3-типа, а также дают возможность точнее отрегулировать локальную структуру изначально нестабильной сотовой решетки.
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев".
Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
| Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях | С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. |
| КАТОД, сеть магазинов и СТО | Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд. |
| Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор | Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных. |
| Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза | Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. |
Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. Органические материалы, составляющие катод, в котором функциональные группы в ходе реакций заряда и разряда попеременно окисляются и восстанавливаются.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Ещё в прошлом десятилетии начались эксперименты по увеличению размеров частиц марганца, но до сих пор они преимущественно имели поликристаллическую структуру. Улучшить характеристики катодов на основе марганца авторы разработки смогли за счёт создания специального токопроводящего покрытия, которое повышает устойчивость материала к воздействию высоких температур, неизбежно возникающих при эксплуатации тяговых батарей.
Если вы помните , мы рассказывали в предыдущих статьях о возможных победителях и проигравших в индустрии электромобилей, потому что добыча лития требует огромного количества воды как в процессе экстракции, так и в бассейнах испарения, которые используются для производства кристаллов, богатых литием.
Добыча и переработка лития — очень опасная работа и чрезвычайно разрушительна для окружающей экосистемы. Похожая история у кобальта, который часто добывают на так называемых «кустарных рудниках». Эти небольшие шахты часто связаны с использованием детского труда в ужасных условиях, которые выбрасывают большое количество вредных веществ, переносимых воздухом уран — в воздух, а также большое количество серы — в воду.
С другой стороны, твердотельные Ssbt-батареи содержат в себе такие распространенные и менее токсичные составляющие элементы, как натрий. Экстракция натрия, в изобилии встречающаяся в соленой воде, несет гораздо меньшее вредное воздействие на окружающую среду. Это позволит конкурировать с литий-ионными батареями и по цене, и по качеству.
Преимущества твердотельных Ssbt-батарей Выше мы уже коснулись некоторых ключевых преимуществ solid-state battery, но каковы другие важные преимущества этой технологии? Более быстрая зарядка — твердотельные батареи обеспечивают гораздо более высокую скорость зарядки. В зависимости от технологии, некоторые из них могут заряжаться в шесть раз быстрее, чем литий-ионные аккумуляторные батареи.
Если исследования квантовых твердотельных накопителей в конечном итоге окажутся успешными, можно будет заряжать solid-state battery практически мгновенно. Более высокая плотность энергии — еще одно потенциальное преимущество твердотельных батарей. У некоторых технологий его может быть вдвое больше, чем у литий-ионных батарей при том же объеме.
Значительно увеличенный срок службы — одно из основных преимуществ твердотельных Ssbt-батарей. Срок службы заряда-разряда-перезарядки — может быть продлен до десяти лет, по сравнению с более скромными двумя годами у традиционных альтернатив. Сниженная скорость утечки саморазряд — еще одно потенциальное преимущество твердотельных батарей.
Их можно сделать меньше и дешевле теоретически твердотельные батареи могут быть гораздо меньше литий-ионных альтернатив. Безопасность — основным преимуществом твердотельных батарей является их относительная безопасность. Они не производят газообразный водород.
Возможности использования твердотельных батарей и пути выхода из кризиса Ожидается, что главной движущей силой развития аккумуляторных технологий станут — электромобили. Так, тайваньские компании, имеющие опыт в производстве аккумуляторов для компьютерного и телекоммуникационного секторов, уже начали сборку аккумуляторов для электромобилей. В частности, в этом преуспели компании Simplo, Dynapack и Celxpert.
Чуть дальше пошли тайваньские компании, которые смогли наладить производство материалов для электродов литиевых аккумуляторов — анодов и катодов. Но стоит еще раз подчеркнуть, что батареи на подобных материалах приближаются к пределу своих возможностей и не сохранят лидирующие позиции в будущем. Foxconn заявила, что демонстрация ее твердотельных Ssbt-продуктов состоится в конце 2021 года, а серийный запуск производства — к 2024 году.
Почему основное применение твердотельных аккумуляторов ожидается в индустрии электромобилей? Ssbt-батареи потенциально предлагают меньший вес, повышенную надежность, дальность действия, безопасность и меньшую скорость перезарядки, по сравнению с жидкостными батареями. Все эти преимущества, вместе взятые, фактически произведут революцию в индустрии электромобилей.
Это, в свою очередь, создаст огромную потребность в поставках лития во всем мире, что приведет к увеличению затрат на производство новых батарей если не будут разработаны способы безопасной и надежной утилизации старых Li-on батарей. Чтобы преодолеть это потенциальное узкое место в поставке аккумуляторных батарей, многие автомобильные компании сами разрабатывают более дешевые и устойчивые solid-state battery. Например, Toyota недавно объявила, что планирует добавить Ssbt-батареи в свои новые автомобили уже в 2021 году.
Согласно отчету, опубликованному Nikkei Asia , это может позволить электромобилям предлагать запас хода в 310 миль 500 км на одной зарядке, а также быструю перезарядку с нуля до полной за 10 минут. General Motors вместе с SolidEnergy Systems организовал производство аккумуляторов Ultium с жидким электролитом, анодами на базе графита и катодов с комбинацией никеля, кобальта, марганца и алюминия. Это снизит потребность в дефицитных металлах, а также позволит удвоить плотность хранения заряда в аккумуляторах без ущерба для безопасности.
Ru в «Мои источники» Яндекс. Новостей и читайте нас чаще. Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science indicator.
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.
Группа "Катод" усиливает заряд
29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных. Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта.
Подписка на дайджест
- Литий в лидерах: химические источники тока
- Куда течёт ток? Анод. Катод. - YouTube
- В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
- Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО — РБК