В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". В результате в сернистом катоде использовался катализатор ZIF-67 (названный S / ZIF-67 @ CL), который обеспечивал начальную емкость 1346 мАч г-1 при плотности тока 0,2 C.
3D-модель катода: о чём нам она говорит
- Ученые создали долговечный катод для натрий-ионных аккумуляторов
- Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
- Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- КАТОД, сеть магазинов и СТО 2024 | ВКонтакте
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
Ученые давно пытаются решить эту проблему. Для этого они совершенствуют устройство уже существующих батарей, а также пытаются создать батареи на основе не солей лития, а других соединений. В частности, среди таких соединений - чистый литий, соединения натрия, серы, калия и других элементов. Химики под руководством профессора Сорбоннского университета Франция Жана-Мари Тараскона сделала большой шаг к созданию практически полезных аккумуляторов на основе натрия. Они создали перспективный для создания аккумуляторов материал, который состоит из оксидов лития, натрия и марганца и детально изучили его свойства. Благодаря сложной слоистой структуре подобные материалы можно использовать в натрий-ионных батареях, поскольку в них можно и хорошо запасать энергию, и извлекать из них.
При прохождении через такие скопления ионов лития что происходит в момент зарядки и разрядки аккумуляторов они захватывают электроны и восстанавливаются до металлического лития. На аноде такие процессы практически не наблюдались. Тем самым стало абсолютно понятно, что «во всём виноват катод» и исследователям необходимо более пристально изучить его для подавления процессов роста игл дендритов, которые в процессе работы аккумулятора буквально протыкают его насквозь до возникновения короткого замыкания. Своими выводами учёные поделились в статье в журнале Nature Communications, которая свободна доступна по этой ссылке. Следствием проделанной работы может стать появление намного более безопасных и долговечных батарей с твёрдым электролитом, которые будут невоспламеняемые и более энергоёмкие, чем привычные литиевые аккумуляторы с жидким электролитом.
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!
Но у новых аккумуляторов всё же есть ряд преимуществ. Например, восполнить заряд до 80 процентов при комнатной температуре можно всего за 15 минут, а при минус 20 градусах по Цельсию батарея сохраняет больше 90 процентов ёмкости. В CATL видят несколько сценариев использования натрий-ионных источников тока: во-первых, электромобили, особенно если они эксплуатируются в регионах с холодным климатом; во-вторых, буферные накопители энергии, скажем, для солнечных батарей, где низкая масса не является важным условием. И чтобы подкрепить свои слова о перспективности разработки, компания уже приступила к промышленному внедрению натрий-ионных аккумуляторов: базовую производственную цепочку планируют полностью сформировать к 2023 году. Параллельно в CATL Research Institute продолжится работа над совершенствованием натриевых батарей: экземпляры следующего поколения будут иметь удельную ёмкость в 200 ватт-часов на килограмм и выше.
Ученые создали долговечный катод для натрий-ионных аккумуляторов
Стандартный литий-ионный аккумулятор - это ячейка объем которой заполнен литий-содержащим электролитом и разделен сепаратором на две части - в одной находится анод, а в другой катод. В заряженном состоянии большинство атомов лития встроены в кристаллическую структуру анода, а при разряде они выходят из анода и через сепаратор проникают в катодный материал. В двухионных аккумуляторах, с которыми работали российские ученые, в электрохимических процессах участвуют не только катионы электролита то есть катионы лития , но и анионы, которые то встраиваются, то выходят из структуры катодного материала. За счёт этого двухионные аккумуляторы часто могут заряжаться быстрее, чем обычные литий-ионные.
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 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.
Одной из таких замен являются металл-кальциевые батареи. 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.
Помимо этого, новая катодная масса будет в каждом аккумуляторе устройства, в то время как, например, выключатель прикрепляется только к одному из них, и если нагревание батареи начнется не с него, то сигнал о неполадках придет с опозданием. Еще один плюс проекта состоит в том, что изменения в катоде не отразятся на размере исходного изделия, что упростит масштабирование технологии в производство. Ребята планируют сотрудничать с производителями аккумуляторов для мобильных телефонов, бытовой техники и автомобилей, а также с изготовителями крупных промышленных батарей, например, для подводных лодок или электрокаров, предлагая предприятиям готовый продукт или лицензию на свою разработку. Студенты уже ведут переговоры с некоторыми компаниями. Команды, представившие самые наукоемкие и коммерчески перспективные бизнес-модели, получат денежные призы от эндаумент-фонда СПбГУ. Первое место принесет 300 000 рублей, второе — 200 000 рублей, а третье — 100 000 рублей.
Кроме того, двум победившим командам могут предложить создать совместно с Университетом малые инновационные предприятия. Гранты на их развитие составят 1 000 000 и 700 000 рублей. Сейчас участники определяют, из каких веществ должен состоять катод, чтобы он наиболее эффективно смог обезопасить аккумулятор от перегрева. На финальной защите проектов изобретатели поделятся результатами работы.
Химики под руководством профессора Сорбоннского университета Франция Жана-Мари Тараскона сделала большой шаг к созданию практически полезных аккумуляторов на основе натрия. Они создали перспективный для создания аккумуляторов материал, который состоит из оксидов лития, натрия и марганца и детально изучили его свойства. 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.
Подписка на дайджест
- Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- Новости компании Катод
- Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов
Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Зарядное устройство забирает электроны с катода, оставляя его с положительным зарядом, и направляет их на анод, сообщая ему отрицательный заряд. 3D-модель катода аккумулятора телефона под микроскопом показала, почему одни ячейки стареют быстрее, чем другие. Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью.
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Подписка на дайджест
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
- Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
- Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
- Подписка на дайджест
Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
Проблема заключалась в том, что катоды на основе подобных соединений отличаются относительно низким содержанием ионов натрия и энергоемкостью. 3D-модель катода аккумулятора телефона под микроскопом показала, почему одни ячейки стареют быстрее, чем другие. КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта.
Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
"В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. Новости электроники, справочник радиолюбителя, электронные компоненты, радиодетали. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта. В результате в сернистом катоде использовался катализатор ZIF-67 (названный S / ZIF-67 @ CL), который обеспечивал начальную емкость 1346 мАч г-1 при плотности тока 0,2 C.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
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.
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.
Напомним, делиться новостями вы по-прежнему можете на странице Курьер. Бердск в соцсети Вконтакте , в рубрике Сообщи свои новости на сайте kurer-sreda. Отправлять сообщения или звонить на номер 8953-878-90-10.
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.
Алексей Носаченко Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. Однако их размеры больше, чем у ионов лития, плюс ионы натрия склонны к образованию нежелательных примесей, которые сокращают срок службы батареи, а следовательно, они более требовательны к структурной устойчивости и кинетическим свойствам материалов катода и анода. В CATL утверждают, что им удалось найти решения этих проблем.
Так, в роли катода использовали материал под названием Prussian white ферроцианид железа, или выцветшая и окислившаяся берлинская лазурь с особой структурой, что решило проблему потери ёмкости. А для анода — пористый материал на основе твёрдого углерода, обеспечивший быстрое перемещение ионов натрия и высокий ресурс.
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
ЛИА в меньшей степени подвержены и так называемому эффекту памяти — их можно начать перезаряжать в любой момент, не дожидаясь полной разрядки. Электрохимия как наука, изучающая взаимосвязь электрических явлений и химических реакций, началась с опытов итальянца Л. Знаменитый соотечественник Гальвани, А. Вольта, предположил, что «гальванический» эффект обусловлен наличием контакта разнородных металлов, и в 1800 г. В этом источнике происходило непосредственное преобразование химической энергии в электрическую. В последующие два десятилетия было осуществлено электролитическое разложение воды на водород и кислород, а также электроосаждение металлов из растворов. Путем электролиза расплавленных солей выдающийся английский ученый Х. Дэви выделил в чистом виде щелочные металлы, в том числе и литий.
С помощью химических источников тока был сделан ряд важнейших физических открытий, включая явление магнитного действия электрического тока Ампер, 1820 , закон пропорциональности тока и напряжения Ом,1827 , тепловыделение при прохождении тока Джоуль, 1843 , электромагнитную индукцию Фарадей, 1931. А русский ученый Б. Якоби, еще в 1834 г. Поэтому во все бытовые аккумуляторы встраивают электронную схему, которая ограничивает напряжение заряда. Кроме того, ЛИА полностью выводятся из строя в результате глубокой разрядки, да и вообще эти аккумуляторы пока еще довольно дороги. Однако следует заметить, что литий-ионные технологии находятся только в начале пути, в то время как их «конкуренты» вплотную приблизились к своему теоретическому пределу. Будучи уже внедренными в промышленное производство, ЛИА до сих пор являются предметом интенсивного изучения, направленного на улучшение их электрохимических характеристик.
Совершенствованию подвергаются все три компонента системы: электролит, катод и анод. Аноды современных ЛИА в основном изготавливают из графита, а катоды — из литированных оксидов переходных металлов. В 1979 г. Джон Гуденаф University of Texas, Austin, США впервые продемонстрировал электрохимическую ячейку с напряжением 4 В, в которой в качестве катода был использован кобальтат лития LiCoO2 , а в качестве анода — металлический литий. Это было наиболее значимым событием и сделало создание ЛИА реальностью. Прототип электрохимической ячейки с углеродным анодом и катодом из кобальтата лития был создан в 1985 г. 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.
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.
Для этого команда ученых заменила оксид лития-кобальта на дисульфид ванадия. Поскольку этот материал легче, это позволило увеличить плотность энергии.
А его повышенная проводимость ускорила зарядку. 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.
В связи с ростом использования электромобилей и систем хранения энергии в масштабах энергосистемы, необходимость изучения альтернатив литий-ионным батареям как никогда высока. Одной из таких замен являются металл-кальциевые батареи. 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.