Ученые из Университета префектуры Осака разработали катод из сульфида лития с твердым электролитом, который отличается устойчивостью к окислению.
Группа "Катод" усиливает заряд
| В Сколтехе разработан инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта | Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. |
| Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей | Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. |
| «Катод»: трудно быть лидером | НазваниеПовышение мощности разряда и эффективности заряд-разрядного цикла водородно-ванадиевого накопителя электроэнергии за счет оптимизации катодного материала. |
| Прорыв в органических фотоэлементах | Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. |
| Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов | Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд. |
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд 2 фото Опубликовано в от admin Исследователи с факультета материаловедения и инженерии Корейского института передовых технологий KAIST создали гибридное решение, положив в его основу аккумулятор на ионах натрия. Выбор натрия на далёкую перспективу очевиден — его много, и это недорогое сырьё. Корейцы не первые, кто разрабатывает натриево-ионные аккумуляторы. Но они пошли дальше и сделали попытку соединить в новых аккумуляторах лучшие технологии литиевых аккумуляторов и суперконденсаторов, слив воедино ёмкость, удельную мощность и скорость зарядки. О новой работе учёные рассказали в журнале Energy Storage Materials.
Особенности анода Углеродным материалам графиту, саже, коксу свойственно обратимо встраивать катионы лития в пространства между слоями с минимальным увеличением удельного объема. Это важно, чтобы исключить риск возникновения огромных внутренних напряжений и вызываемого ими разрушения активных материалов. Удачным экспериментом стало использование в роли анодного материала пентатитаната лития — Li4Ti5O12. Но номинальный вольтаж у них составляет 2,4 В.
Особенности катода В роли катода используют разные соединения лития, и от их выбора зависят характеристики аккума. Так, для получения высокотоковых ячеек используется катодный материал LiMn2O4. Для увеличения проводимости в активную массу катода включают электропроводные добавки. Оксиды кобальта обеспечивают Li-ion аккумуляторам большое напряжение 3,7 В и солидный запас емкости.
Иногда для изготовления катода используют смешанные оксиды или фосфаты, которые улучшают эксплуатационные характеристики элементов питания. Ячейки с катодом из литий-железо-фосфата LiFePO4 выдерживают большие токовые нагрузки, отличаются морозоустойчивостью, химической стабильностью и ресурсом свыше 2000 циклов. Но номинальное напряжение у них ниже — 3,2—3,3 В.
Что умеют программные роботы Исследуя сверхбыструю динамику заряда при помощи фемтосекундных лазерных импульсов, ученые обнаружили, что критическую роль в усилении выработки электроэнергии играет контроль уровня агрегации полимеризированных акцепторов Y6 Y6-PAs. Кроме того, Y6-PAs проявляют повышенную способность к смешиванию с донорскими полимерами по сравнению с маленькими молекулярными акцепторами того же типа. Эта смешиваемость обеспечивает формирование перколяционной сети на границе раздела в гетеропереходе. Перколяция, или просачивание не только повышает эффективность генерации заряда, но и существенно увеличивает стабильность полимерной морфологии. В итоге снижаются потери в производительности, возникающие в элементе под действием солнечного света.
Однако, с этим видом аккумуляторов есть серьезная проблема: в состав их катодов входит кобальт, более половины запасов которого находится в одной стране — Демократической республике Конго. В будущем цена на этот элемент и аккумуляторы может сильно вырасти, если не найти ему замену в катодах. Менделеева и Института проблем химической физики РАН разрабатывают новые, так называемые двухионные аккумуляторы. В электрохимических процессах внутри них задействованы и катионы, и анионы электролита, что повышает эффективность работы устройств. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. В более ранних работах авторы также пробовали использовать полимерные материалы в качестве катодов, однако тогда они экспериментировали только с линейными молекулами.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
Материал неоднороден и стремится к разрушению со всеми сопутствующими рисками выхода из строя целой ячейки. Это в очередной раз доказывает нам — брак аккумулятора вероятен даже в самых дорогих и проверенных линейках потребительских устройств. Больше науки Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте NeovoltRu. Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов.
Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
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. 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.
Бурное развитие электрического транспорта сегодня требует разработки коммерчески доступных, безопасных и недорогих накопителей энергии на основе металл-ионных аккумуляторов. Основным недостатком литий-ионной технологии, которая существует, считают высокую цену. В поисках альтернативы много усилий было приложено к созданию аккумуляторов, которые построены с использованием более доступных и менее дорогих элементов, например, калия вместо лития. Кобальт в составе катода можно заменить на материалы, которые намного экологичнее.
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.
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.
Группа "Катод" усиливает заряд
А для анода — пористый материал на основе твёрдого углерода, обеспечивший быстрое перемещение ионов натрия и высокий ресурс. При этом плотность энергии у получившейся батареи невелика: всего 160 ватт-часов на килограмм против 285 ватт-часов на килограмм в среднем у литий-ионных ячеек. В сравнении с литий-железо-фосфатными аккумуляторами натрий-ионные лучше работают при низких температурах и быстрее заряжаются. По остальным показателям — безопасность, ресурс и эффективность внедрения — у них паритет. К преимуществам NIB-батарей также стоит отнести низкую стоимость в них нет редкоземельных элементов, а натрий можно получать даже из морской воды и широкий диапазон рабочих температур.
Емкость такого цикла оказалась ниже, чем емкость первого разряда — 1200 миллиампер-час на грамм катода при токе 100 миллиампер — однако в дальнейшем емкость больше не снижалась. Батарея пережила 200 циклов заряда и разряда, сохраняя кулоновскую эффективность отношение заряда, который батарея отдает при разряде, к тому, который необходим для заряда около 99 процентов. Чтобы выяснить причины такой неожиданной стабильности, авторы аккуратно вскрыли батарею и изучили ее содержимое с помощью сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и масс-спектрометрии. Они обнаружили, что во время первого разряда образующийся NaCl в основном осел на пористом углеродном катоде, а при последующем заряде хлорид ионы из NaCl окислились до молекулярного хлора Cl2. При последующем разряде хлор снова восстанавливается до хлорид-иона Cl-. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. Хлор — активный газ, который может вступить в реакцию и с анодом и с компонентами электролита, но пока он находится в порах катода, вся система остается стабильной. Причем, судя по всему, для удерживания хлора лучше всего подходят микропоры размером менее 2 нанометров.
Чтобы проверить эту гипотезу, авторы изготовили несколько ячеек с катодом из другого пористого материала — ketjenblack carbon black. Этот материал имеет удельный объем пор даже больше, чем у аморфных углеродных наносфер, но большая часть его приходится на мезопоры размером от 2 до 50 нанометров.
CuS как природный минерал обладает благоприятными электрохимическими свойствами. Его слоистая структура позволяет ему хранить различные катионы, включая литий, натрий и магний. Благодаря наночастицам и композиции с углеродными материалами Кису и его коллегам удалось создать катод, способный накапливать большое количество ионов кальция. При использовании электролита гидридного типа они создали батарею с очень стабильными показателями работы в течение многих циклов.
Как отметил Андрей Травников, множество предприятий области сейчас обеспечивает военных всем необходимым. Мы целевым образом помогаем воинским формированиям, которые дислоцируются или были созданы на территории нашего региона — это и «Ермак», и армейские подразделения, составленные из мобилизованных. Мы оказываем им различные виды помощи», — подчеркнул губернатор. 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. Напомним, бронежилеты «Архангел» производят для добровольцев «Веги» в Новосибирске.
Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
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. К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. НазваниеПовышение мощности разряда и эффективности заряд-разрядного цикла водородно-ванадиевого накопителя электроэнергии за счет оптимизации катодного материала. 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. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов.
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
За последние полгода завод увеличил выпуск электронно-оптических приборов в несколько раз. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке «Катода» отметил, что сейчас наблюдается очень высокий спрос на современное оборудование, которое производит завод. Ведь кратное увеличение объёмов производства, в частности, на «Катоде», — это серьезный вклад в повышение эффективности работы наших бойцов», — сказал Травников.
Аналогично натрий не внедряется в графитовый анод, а калий делает это с трудом. Потому нужны принципиально новые материалы, а найти их среди неорганических соединений не так просто. Инновационный подход в этой области разрабатывается в Лаборатории перспективных электродных материалов для химических источников тока в Федеральном исследовательском центре проблем химической физики и медицинской химии Российской ака демии наук ФИЦ ПХФ и МХ РАН. Именн о там неорганические катоды и аноды решили заменить на органические соединения — они, как правило, не имеют жесткой кристаллической решетки, то есть являются аморфными и потому с легкостью принимают катионы не только лития, но также калия и натрия, что очень важно для развития новых аккумуляторных технологий. Однако для создания калий-ионного аккумулятора нужны не только катодные материалы, но и анодные — решением стало использование нового класса редокс-активных полимеров, показавших высокие и обратимые емкости.
В последней работе, вышедшей в журнале Molecules и описывающей материал на основе сополимера из производных антрахинона, был сделан значительный шаг в плане обеспечения долговременной стабильности аккумуляторов. Заведующая лабораторией, к. Ольга Александровна Краевая следующим образом характеризует результаты, представленные в недавней публикации ее коллектива: «Разработка нового полимерного катодного материала на основе антрахинона и хинизарина позволила улучшить характеристики как литиевых, так и калиевых источников тока. Высокие емкостные характеристики разработанных электродных материалов в совокупности с великолепной стабильностью и быстродействием калиевых источников тока полный заряд и разряд аккумулятора за несколько минут открывают широкие возможности для их практического использования, например в качестве дешевых и надежных стационарных накопителей энергии высокой емкости.
А в 2022 году взяли на себя выполнение объемного государственного заказа. Чтобы участники специальной военной операции были обеспечены необходимой экипировкой, сотрудники предприятия трудятся круглосуточно, без выходных. Правительство региона поддерживает предприятия субсидиями на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
За последние полгода завод увеличил выпуск электронно-оптических приборов в несколько раз. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке «Катода» отметил, что сейчас наблюдается очень высокий спрос на современное оборудование, которое производит завод. Ведь кратное увеличение объёмов производства, в частности, на «Катоде», — это серьезный вклад в повышение эффективности работы наших бойцов», — сказал Травников.
Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". Что такое Анод и Катод? Знание того, какой заряд имеет катод, является ключевым для понимания его функции и влияния на электролитические. Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Проблема заключалась в том, что катоды на основе подобных соединений отличаются относительно низким содержанием ионов натрия и энергоемкостью. При зарядке аккумулятора литий из катода переходит в графит на аноде, в результате чего там получается соединение углерода и лития.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
Последний компонент в последнее время дорожает, а также повышает пожароопасность аккумулятора. Из-за пандемии строительная отрасль Японии переживает не лучшие времена, поэтому производители цемента пытаются найти новое применение своим компетенциям. Читать далее.
Менделеева и ИПХФ РАН была использована перспективная постлитиевая технология двухионных аккумуляторов,в электрохимических процессах которых задействованы как анионы, так и катионы электролита, что в разы повышает скорости заряда батарей по сравнению с литий-ионными. При этом в качестве катодов тестировались материалы на основе полимерных ароматических аминов, которые можно синтезировать из различных органических соединений. Они формируют объемные сетчатые структуры, которые обеспечивают более быструю кинетику электродных процессов.
С электродами из таких материалов аккумуляторы могут еще быстрее заряжаться и разряжаться». 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.
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. 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.
Ионные жидкости состоят из положительных и отрицательных ионов; они также могут транспортировать ионы. При заполнении пустот межфазное сопротивление значительно уменьшилось. Метод команды имеет и другие преимущества. Ионные жидкости не только обладают ионной проводимостью, но и почти нелетучи и обычно негорючи. Они также оказывают минимальное влияние на суспензию, из которой формируется катод, практически не затрагивая производственный процесс. Остаются проблемы, такие как поиск лучшей ионной жидкости, которая не разлагается так легко. Тем не менее, новая парадигма команды может продвинуть вперед исследования твердотельных литий-металлических батарей с потенциалом коммерциализации.
Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость.