Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал.
Другие новости
- Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды
- - Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов
- Новости | Проект Заряд
- Свежие записи
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- Новости компании Катод
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в. Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. 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. Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
Источник: Semyon D. Shraer et al. Российские ученые разработали катод для натрий-ионных аккумуляторов. Статья с описанием изобретения опубликована в Nature Communications. Современные аккумуляторы для телефонов и электромобилей изготавливаются с использованием лития.
Они планировали изучить и оптимизировать вариант Li-SOCl2 системы с более доступным натрием вместо лития. Авторы изготовили плоскую ячейку с жидким электролитом и разделителем из кварцевых волокон. Анод сделали из металлического натрия, а катод — из пористых аморфных углеродных наносфер. Полученная ячейка показала довольно высокую разрядную емкость — 2800 миллиампер-час на грамм катода. После этого авторы неожиданно обнаружили, что батарею можно перезарядить и затем разрядить снова.
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-.
Куда ток входит восход — это анод, куда ток выходит закат — это катод. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент при разряде или как электролизёр при заряде. Сварка постоянным током также неоднозначно определяет «А» и «К» при зажигании дуги прямой или обратной полярностью. Знаки «А» и «К» при сварке постоянным током Как определить анод и катод Что это такое катод и анод, выясняют в частных моментах: при определении выводов у полупроводниковых элементов или при идентификации электродов в электрохимических процессах. Полупроводниковый диод требует позиционного размещения в электросхемах. Для правильного соединения необходимо отождествить выводы. Это можно сделать по следующим признакам: маркировка, нанесённая на корпус элемента; длина выводов детали; показания тестера при измерениях в режиме омметра или проверки диодов; использование источника тока с известной полярностью. Маркировка полупроводников такого типа может быть выполнена при помощи нанесения на корпус графического обозначения диода. Тогда минус К — это вывод со стороны вертикальной линии, в которую упирается контур стрелки. Ножка диода, от которой выходит стрелка, — это плюс А. Так графически указано прямое направление тока — от «А» к «К». Другим способом обозначения анода у диодного элемента могут быть нанесённые на корпус одна или две цветные точки или пара узких колец. Существуют конструктивно выполненные диоды, у которых минусовой катодный вывод обозначен широким серебряным кольцом. Диод 2А546А-5 ДМ служит таким примером. Примеры нанесения меток на диоды Длина ножек светодиодов, ни разу не паянных в платы, также может указывать на полярность выводов.
Команда продемонстрировала обратимость в течение 150 циклов. Помимо портативных аккумуляторов, этот химический состав можно использовать в устройствах, которые требуют больших энергий на уровне киловатт или мегаватт. Применение также оправдано, когда безопасность и токсичность являются основными проблемами, включая невоспламеняющиеся накопители для самолетов, морских или космических кораблей, а также крупногабаритных систем хранения. Ученые говорят о приближении технологии аккумуляторов на водной основе к коммерческому применению.
Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке
Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Категория: Новости РЖД. Опубликовано: 19 августа 2022. Рельсовый автобус «Орлан» между Екатеринбургом и Челябинском планируют запустить в октябре 2022 года. 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 передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод.
Последние новости:
- «Катод»: трудно быть лидером
- Литий «с плюсом»
- Особенности анода
- Подписка на дайджест
Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
Глава региона Андрей Травников провёл совещание о снабжении и оказании услуг воинским подразделениям-участникам СВО. В Новосибирской области предприятия, которые производят продукцию для военных нужд, поддерживают на уровне правительства региона. Бронежилеты «Архангел» шьют в Новосибирске для добровольцев элитного отряда «Вега» Уникальное производство оптико-электронных приборов налажено на заводе «Катод». На новосибирском предприятии производят оптические преобразователи, приборы ночного видения, фотоумножители и многое другое. Как заявляют на предприятии, серийный выпуск электронно-оптических преобразователей 3-го поколения сейчас налажен только в двух странах: на российском «Катоде» и в США. И здорово, что коллектив так быстро — буквально за полгода — в разы увеличил объёмы производства.
Титан — лёгкий серебристо-белый металл. Он находится на 10-м месте по распространённости в природе. Титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. Основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны.
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.
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. Демонстрация прототипов аккумуляторов нового поколения намечена разработчиками на четвёртый квартал текущего года.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в.
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
Литий-ионные аккумуляторы могут давать большую мощность, обеспечивая при этом сравнительно высокие скорости разряда и заряда, а также хранят достаточно много энергии в расчете на единицу своей массы. Поэтому их применяют в качестве накопителей энергии не только в электронике и электротранспорте, но уже и в масштабах глобальных энергосетей. Например, в Австралии построят сеть огромных энергонакопителей на основе литий-ионных аккумуляторов, чтобы запасать излишки энергии, произведенной солнечными и ветровыми электростанциями. Но если литий-ионных аккумуляторов будет становиться больше, то рано или поздно закончится сырье для их производства. Похожая ситуация и с литием - на его добычу уходит так много воды, что это может стать серьезной экологической проблемой. Поэтому исследователи ищут новые энергонакопители, которые с одной стороны работают по принципу литий-ионных аккумуляторов и сохраняют их преимущества, а с другой используют более доступное сырье. 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.
Сегодня одним из самых существенных недостатков литий-ионных аккумуляторов, которыми мы пользуемся ежедневно, является риск их короткого замыкания и, как следствие, возгорания. В результате перепадов напряжения в аккумуляторе или механического воздействия на него между катодом и анодом образуется пробой. Заряд перестает передаваться по внешней цепи, оставаясь внутри аккумулятора. 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.
Подход позволяет создать карту распределения зёрен кристаллов в поликристаллических материалах и отобразить межзёренные границы. Также KPFM даёт возможность измерить потенциалы на поверхности материала оценить величину заряда. Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода на катоде в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. 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.
Титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. 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.
Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов
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. Команда включает пять человек: Илья Тютько «Фундаментальные информатика и информационные технологии» подбирает состав катода; Анна Борисова «Химия» отвечает за синтез материалов; Егор Фалалеев «Химия, физика и механика материалов» выполняет инженерные задачи; Никита Кулешов «Экономика» занимается экономической частью стартапа; Анна Никитенко «Физика» тестирует аккумуляторы и координирует работу в группе. Научный руководитель проекта — младший научный сотрудник кафедры электрохимии Евгений Белецкий.
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.
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.
Ru» сообщил представитель Сколтеха.
Катоды батарей электромобилей обычно изготавливают из слоистых оксидов переходных металлов, в том числе обогащенных никелем. 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.
Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Петербургская группа "Катод" рассчитывает стать крупнейшим производителем аккумуляторов в России. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. Построена модель термополевой электронной эмиссии из металлического катода с тонкой поверхностнойдиэлектрической пленкой при его температуре 200–400 К. Получено выражение. Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод.
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Как устроена Li-ion ячейка?
- Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях -
- Новости технологий и науки
- Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод. В то же время при работе гальванического элемента к примеру, медно-цинкового , избыток электронов и отрицательный заряд на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла растворения цинка , то есть у гальванического элемента отрицательным, если следовать приведённому определению, будет анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления меди , то есть катодом будет являться положительный электрод. В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока. В электротехнике за направление тока принято считать направление движения положительных зарядов, поэтому в вакуумных и полупроводниковых приборах и электролизных ячейках ток течёт от положительного анода к отрицательному катоду, а электроны , соответственно, наоборот, от катода к аноду.
Если на электрод подать более отрицательный потенциал, то на нем начнется выделение вещества катодный процесс , если же более положительный, то начнется его растворение анодный процесс. Значение нормальных потенциалов зависит от концентрации ионов и температуры. Принято считать нормальный потенциал водорода за нуль. В табл. Если в электролите имеются ионы разных металлов, то первыми на катоде выделяются ионы, имеющие меньший отрицательный нормальный потенциал медь, серебро, свинец, никель , щелочноземельные металлы выделить труднее всего.
Кроме того, в водных растворах всегда имеются ионы водорода, которые будут выделяться ранее, чем все металлы, имеющие отрицательный нормальный потенциал, поэтому при электролизе последних значительная или даже большая часть энергии затрачивается на выделение водорода. Два разнополярных электрода Два разнополярных электрода Путем специальных мер можно воспрепятствовать в известных пределах выделению водорода, однако металлы с нормальным потенциалом меньше 1 В например, магний, алюминий, щелочноземельные металлы получить электролизом из водного раствора не удается. Их получают разложением расплавленных солей этих металлов. Нормальные электродные потенциалы веществ являются минимальными, при них начинается процесс электролиза, практически требуются большие значения потенциала для развития процесса. Разность между действительным потенциалом электрода при электролизе и нормальным для него потенциалом называют перенапряжением. Оно увеличивает потери энергии при электролизе. С другой стороны, увеличивая перенапряжение для ионов водорода, можно затруднить его выделение на катоде, что позволяет получить электролизом из водных растворов ряд таких более отрицательных по сравнению с водородом металлов, как свинец, олово, никель, кобальт, хром и даже цинк. Это достигается ведением процесса при повышенных плотностях тока на электродах, а также введением в электролит некоторых веществ. Течение катодных и анодных реакций при электролизе определяется следующими двумя законами Фарадея.
В действительности масса выделившегося вещества всегда меньше указанной, что объясняется рядом побочных процессов, проходящих в ванне например, выделением водорода на катоде , утечками тока и короткими замыканиями между электродами. Выход по току существенно зависит от плотности тока на электроде. С увеличением плотности тока на электроде выход по току растет и повышается эффективность процесса. Устройство гальванической цепи. Из этой мощности только первая составляющая расходуется на проведение реакций, остальные являются тепловыми потерями процесса. Лишь при электролизе расплавленных солей часть теплоты, выделяющейся в электролите IUэ, используется полезно, так как расходуется на расплавление загружаемых в электролизер солей. Эффективность работы электролизной ванны, может быть оценена массой вещества в граммах, выделяемого на 1 Дж затраченной электроэнергии. Эта величина носит название выхода вещества по энергии. Это «ГОСТ 15596-82.
Термины и определения». Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом». То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». Термины выделены мной. Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело?
И если начиналось все с мобильных телефонов и ноутбуков, то сейчас это уже всевозможные гаджеты, которые не только делают наш досуг разнообразнее, но и помогают в хозяйстве: роботы убирают наш дом, моют окна и даже доставляют продукты из магазина. Популярной становится и электрификация транспорта: всего каких-то десять лет назад «Тесла» была диковинкой, а теперь мы все катаемся на электробусах в Москве и наша столица лидирует в Европе по степени электрификации общественного транспорта. Кажется: давай, наслаждайся жизнью, радуйся стремительному наступлению технического прогресса и открывай для себя все новые «электронные горизонты»! Но есть скрытая угроза, из-за которой будущее может вскоре стать не таким уж радужным, если цены на привычные нам гаджеты взлетят до небес, а электромобили точно станут непозволительной роскошью.
Общая часть всей современной электроники — это литий-ионный аккумулятор, в котором много лития. А литий — это химический элемент, который встречается редко, как правило, в небольших количествах. И только отдельные страны могут похвастаться значительными месторождениями лития. Среди них Чили, Австралия, Аргентина, Китай и некоторые другие. Но даже если извлечь весь литий, который есть в земной коре, и сделать из него литий-ионные аккумуляторы, то их попросту не хватит для электрификации мирового транспорта.
Ученые говорят о приближении технологии аккумуляторов на водной основе к коммерческому применению. Однако пока что неизвестно, можно ли разработать долговечный прототип. Недавно ученые также представили опытный образец водного аккумулятора, который может полностью заряжаться и разряжаться всего за несколько секунд.