Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
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. Однако пока что неизвестно, можно ли разработать долговечный прототип.
Несмотря на все преимущества таких аккумуляторов, у них есть и недостатки: например, медленная скорость зарядки, взрывоопасность и низкая энергетическая емкость, которая ограничивает производство и использование электромобилей.
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.
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.
Анод — это электрод лампы с положительным потенциалом. Он выполняется в виде короба окружающего сетку и «К». Может быть из молибдена, тантала, графита, никеля. Его конструкция различна, порой имеет рёбра для теплоотвода.
Сетка — элемент, расположенный посередине, управляет потоком частиц. Чаще всего она выполнена в виде спирали, обвивающей катод. Чем больше площадь поверхности катода, и чем сильнее он разогрет, тем больший ток протекает через лампу. Если рассматривать полупроводниковый диод, то его электроды также носят название «катод» и «анод». При прикладывании к нему прямого напряжения: положительный заряд к аноду, диод открыт.
Если положительный потенциал приходит на катод, диод закрыт. Такой диод имеет p-n переход между двумя этими областями и требователен к приложенной полярности. Вывод элемента из p-области именуется «А», из n-области — «К». Полупроводниковый диод Знак анода и катода Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается. В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент.
При электролизе окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП минусом «-» обозначают катод.
Катод и анод
Микроскопическое изображение сферических частиц, составляющих перспективный электрод нового аккумулятора Ivan Moiseev et al. Ученые считают, что путем дальнейших экспериментов можно значительно улучшить результат. Например, смешивая более мелкие и более крупные частицы. Еще одна важная деталь - сферические частицы минимизируют поверхностный контакт с электролитом батареи, что замедляет деградацию катода. Это позволяет уменьшить размер катодов, сделать батареи более компактными и, следовательно, увеличить емкость хранения энергии при том же объеме. Дополнительным бонусом является то, что материал значительно медленнее деградирует".
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.
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.
Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза.
Макса Планка MPI-P исследовали микроструктуру твердотельных литиевых аккумуляторов, вдохновившись наблюдением за ростом сталактитов и сталагмитов в пещерах. Первые растут сверху, а вторые — снизу. Похожим образом в твердотельных батареях растут дендриты из металлического лития. Но прежде никто не изучал вопросы, на каком электроде начинается рост дендритов и что его к этому подталкивает и, главное, как этого избежать. Поиски корней дендритов в электродах батарей.
Ученые сформулировали новую теорию о жизни после смерти
- Последние комментарии
- Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501
- Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
- Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
- Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах - Новости
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Его конструкция различна, порой имеет рёбра для теплоотвода. Сетка — элемент, расположенный посередине, управляет потоком частиц. Чаще всего она выполнена в виде спирали, обвивающей катод. Чем больше площадь поверхности катода, и чем сильнее он разогрет, тем больший ток протекает через лампу. Если рассматривать полупроводниковый диод, то его электроды также носят название «катод» и «анод». При прикладывании к нему прямого напряжения: положительный заряд к аноду, диод открыт. Если положительный потенциал приходит на катод, диод закрыт.
Такой диод имеет p-n переход между двумя этими областями и требователен к приложенной полярности. Вывод элемента из p-области именуется «А», из n-области — «К». Полупроводниковый диод Знак анода и катода Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается. В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент. При электролизе окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП минусом «-» обозначают катод. Именно на нём восстанавливаются металлы, из-за избытка электронов.
Знаки зарядов при электролизе В гальваническом элементе окисление происходит без внешнего воздействия электричества. Если взять в качестве примера медно-цинковую батарею, то большое количество электронов минус скапливается на аноде.
Открытие позволяет увеличить плотность энергии накопителей, сохранив их безопасность. В отличие от традиционных литиевых аккумуляторов, новые элементы для накопления заряда используют не только катионы Li, но и анионы галогенов LiCl и LiBr. При этом такой аккумулятор намного безопаснее.
Команда продемонстрировала обратимость в течение 150 циклов.
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. Например, нанести на поверхность частиц слой высокопроводящего углеродного покрытия, в результате чего электронная проводимость материала может возрасти многократно Ravet, Armand, 1999. Этому же способствует, например, и допирование материала катода алюминием, цирконием и другими металлами Chiang, 2002. Время российского «нано»? В 2000 г.
Ямато Sony первым показал, что в наноразмерном состоянии железофосфат лития способен работать даже при высоких скоростях заряда-разряда. На сегодняшний день наноразмерные композиты железо-фосфата лития и углерода практически не уступают по электрохимическим показателям другим известным катодным материалам. Поэтому они являются перспективными для использования в гибридных энергетических системах и крупногабаритных аккумуляторах для электромобилей, где большое значение имеют цена и безопасность. С чем же связано улучшение мощностных характеристик электродных материалов, особенно с низкой электронно-ионной проводимостью, при повышении их дисперсности? 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.
У гальванических элементов плюсом является катод, минусом — анод. У электролизёров наоборот — плюсом считают анод, минусом — катод. Знаки зарядов у гальванической батареи У полупроводниковых приборов, как знак, так и термин, чётко закреплены за выводами детали. Анод — это «плюс», катод — это «минус» диода. Почему существует путаница Всё происходит от того, что нет чёткой привязки минуса и плюса к компонентам, которые называются «К» и «А».
Ещё Майкл Фарадей придумал простое правило маркировки полярности для этой пары электродов. Что такое анод, по его объяснениям? Учёный при запоминании определения предлагал проводить аналогию с Солнцем. 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.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
ЛИА выдерживает очень высокие токи разряда, что важно для использования в мощных переносных электроинструментах. 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.
Благодаря этому ионы лития будут свободнее перемещаться в катоде. 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.
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.
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.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. История «Катода» — это история развития наукоемкого бизнеса в России, который, несмотря на внутренние и внешние проблемы, все же достиг успеха и мирового признания. Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно.
3D-модель катода: о чём нам она говорит
- Аккумуляторы будущего: masterok — LiveJournal
- Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
- Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
- КАТОД, сеть магазинов и СТО 2024 | ВКонтакте
- От анода до катода
- Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
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. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру. Категория: Новости РЖД. Опубликовано: 19 августа 2022. Рельсовый автобус «Орлан» между Екатеринбургом и Челябинском планируют запустить в октябре 2022 года.
Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501
Екатерина Маркова фото пресс-службы правительства НСО Новосибирских бойцов обеспечили приборами ночного видения новосибирского производства. Буквально за полгода предприятие увеличило выпуск электронно-оптических приборов в разы. 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.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Литий-тионилхлоридные Li-SOCl2 источники тока называют предшественниками современных литий-ионных аккумуляторов. Однако, у ученых так и не получилось сделать их перезаряжаемыми, а при коротком замыкании они иногда взрываются, разбрызгивая вокруг токсичный электролит. Из-за этого тионилхлоридные источники тока не обрели такого коммерческого успеха, какой впоследствии выпал на долю литий-ионных. Тем не менее они до сих пор используются в военной и профессиональной технике — например, в резервных источниках питания и GPS-навигаторах. Сделать перезаряжаемый тионилхлоридный элемент неожиданно сумели американские, китайские и тайванские ученые под руководством Хун Цзе Дая Hongjie Dai из Университета Стэнфорда. В тексте статьи сами авторы признались, что изначально не ставили себе таких амбициозных целей. 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.
Как сообщили Накануне. 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.
Очевидно, что нужна альтернативная технология хранения энергии — не литиевые аккумуляторы, а какие-то другие, которые работают без лития, но при этом дают сопоставимые технические характеристики. Самой логичной заменой литию будут натрий и калий — это близкие по природе химические элементы, которые находятся в той же группе периодической таблицы, что и литий. Однако натрия и калия много как в земной коре, так и в мировом океане — эти ресурсы почти безграничны. Потому стоимость натрия и калия на порядки ниже, чем лития. К сожалению, просто так взять и заменить литий в аккумуляторе на натрий или калий не получится. В качестве типичных электродных материалов в современных аккумуляторах используются оксиды или соли тяжелых металлов катод и графит анод , между которыми в ходе зарядки и разрядки «курсируют» ионы лития. Ионы натрия и калия значительно больше по размеру, потому они попросту не помещаются в структуру тех катодных материалов, которые работают с ионами лития. 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.
Ионные жидкости произвели фурор в твердотельных литий-металлических батареях следующего поколения
Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. Профессор Нисихара и его команда полагают, что GMS-лист станет важной вехой в производстве углеродных катодов для литий-O2-батарей. Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. Ученые из Университета префектуры Осака разработали катод из сульфида лития с твердым электролитом, который отличается устойчивостью к окислению.
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Свежие записи
- Продолжить чтение
- Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
- Долговечный катод / Новости Энерговектор
- Последние комментарии
- Новости | Проект Заряд