Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции.
Ученые создали долговечный катод для натрий-ионных аккумуляторов
Трещина на 3D-модели кобальтового катода под увеличением. Трещины приводят к уменьшению притом серьёзному средней длины диффузии лития. Простыми словами площадь поверхности частицы катода с такими растрескиваниями будет больше, чем у правильной сферической частицы с той же объёмной долей. Почему эти формы и трещины так важны? Со временем любая батарея деградирует, как известно, и выходит из строя — эдакий расходник. И как раз трещины на частицах катода связаны с таким старением. Трещины и хаотичные формы мешают переносу лития внутри частиц, как проектировали инженеры узнайте , что происходит внутри и как устроен аккумулятор смартфона. То есть в любом совершенно новом литий-ионном аккумуляторе с кобальтовым катодом оказываются проблемные частицы.
В таких приборах электроны покидают «К» и в вакууме направляются к «А», тем самым создавая электрический ток. 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.
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. Источник: CATL.
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. 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.
Группа "Катод" усиливает заряд
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. Петербургская группа "Катод" рассчитывает стать крупнейшим производителем аккумуляторов в России. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. При зарядке аккумулятора литий из катода переходит в графит на аноде, в результате чего там получается соединение углерода и лития.
Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке
| Что такое анод и катод, в чем их практическое применение | Лёха Герыч | Дзен | Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. |
| Долговечный катод / Новости Энерговектор | После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая. |
| Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT | При зарядке аккумулятора литий из катода переходит в графит на аноде, в результате чего там получается соединение углерода и лития. |
| Новости | Проект Заряд | Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. |
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
Проект ориентирован на производителей батарей для мобильных телефонов, бытовой техники и автомобилей. 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.
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.
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. Решив эту проблему, ученые увидели, что электроды VS2-TiS2 работают с высокой удельной емкостью, то есть запасать большой заряд на единицу массы. На смену литий-ионным аккумуляторам могут прийти термобатареи. Они хранят в шесть раз больше энергии, а срок их службы — свыше 20 лет. В Австралии уже запускают их производство.
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.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
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.
Сам конверсионный катодный материал обладает существенно более высокими практически вдвое показателями удельной емкости и плотности энергии, чем существующие коммерчески-применяемые классические интеркаляционные материалы. Помимо этого, разработанный метод синтеза является достаточно простым, масштабируемым и более экологически безопасным», — пояснил младший научный сотрудник Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики МИИ ИМ ЮФУ Виктор Шаповалов. Исследователи также выяснили ключевые особенности и отличия конверсионных электрохимических реакций, протекающих в процессе работы катодного материала, полученного по новой методике. Виктор Шаповалов — младший научный сотрудник Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики МИИ ИМ ЮФУ «Уникальной чертой данного исследования является разработка методики синтеза наноструктурированного материала, обладающего уникальными характеристиками, которые появляются благодаря использованию в технологии синтеза получаемого в нашей лаборатории материала MIL-88, обладающего необычными свойствами. В частности, содержащим упорядоченные массивы наноразмерных пор», — отметил Александр Солдатов.
Поэтому нами была поставлена задача смоделировать и исследовать новые макромолекулы, потенциально обладающие более высокой энергоемкостью. Созданный нами новый материал продемонстрировал превосходные характеристики при плотностях тока до 200 С полный заряд и разряд аккумулятора происходит всего за 18 секунд. Немаловажным является также и тот факт, что помимо литиевых аккумуляторов нам удалось собрать также перспективные натрий- и калий-ионные ячейки на их основе», — отметил Обрезков. Технологии и разработки.
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.
Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. НазваниеПовышение мощности разряда и эффективности заряд-разрядного цикла водородно-ванадиевого накопителя электроэнергии за счет оптимизации катодного материала. Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. Проблема заключалась в том, что катоды на основе подобных соединений отличаются относительно низким содержанием ионов натрия и энергоемкостью. Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость.
Подписка на дайджест
- В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
- Серебряно-цинковые
- Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
- Как устроена Li-ion ячейка?
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая. Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. Заряд перестает передаваться по внешней цепи, оставаясь внутри аккумулятора. Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом.
Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
Решить проблему можно путем применения в качестве материалов для катодов органических соединений на основе легких элементов — углерода, гелия, азота, кислорода, серы. Среди их плюсов по сравнению с неорганическими материалами можно выделить высокую удельную энергоемкость, высокие скорости зарядки и разрядки, устойчивость к механическим деформациям, а также высокую экологичность — переработать их можно так же, как и обычный бытовой пластик. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. Поэтому нами была поставлена задача смоделировать и исследовать новые макромолекулы, потенциально обладающие более высокой энергоемкостью.
ФЭУ «Катода» обеспечили функционирование возможно единственной в своем роде нейтринной обсерватории.
Этот проект вдохновил катодовцев, помог поверить в себя и, пожалуй, предопределил выбор направления развития. Мы только знали, что Россия отстает в сфере разработки ЭОПов от развитых стран лет на 25. По сути, наша армия в темноте была абсолютно беспомощна. В итоге мы опередили наших зарубежных коллег на несколько лет».
ПНВ «Катода» стали меньше и легче, весили меньше килограмма. В первые годы предприятие выпускало 3—4 прибора в сутки, сегодня — 36. Серийное производство приборов ночного видения — очень сложный процесс, так как все производственные этапы создания электронно-оптических преобразователей проходят в глубоком вакууме. В то время никто не производил подобного оборудования, специалистам «Катода» пришлось самим его разработать и запатентовать уникальную для рынка технологию производства.
И этот процесс не останавливался. Сегодня АО «Катод» — единственное в России и третье в мире предприятие, обладающее технологией крупносерийного производства ЭОП третьего новейшего поколения — главного элемента в приборах ночного видения как гражданского, так и военного назначения. Благодаря ЭОП последнего поколения приборы ночного видения позволяют видеть практически в полной темноте. Здесь работает порядка семи научных подразделений и лабораторий.
Только за последние пять лет «Катод» провел более 20 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Они касались как улучшения параметров существующих приборов, так и создания совершенно новых изделий, которые раньше вообще не выпускались. От юбилея к юбилею Выступая на торжественном мероприятии в честь 60-летия компании, Владимир Локтионов рассказал об успехах «Катода» за последние пять лет. Предприятию есть чем гордиться.
Гособоронзаказ выполнялсяв полном объеме и установленный срок. Качество изделий завода отменное — ни одного возврата товара от потребителей.
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. Краткая справка.
АО «Катод» — российское предприятие, основанное 19 октября 1959 года. До этого момента малогабаритные триодные магниторазрядные насосы не производились ни в России, ни в СССР. Информационная служба Накануне.
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов 3 июня 2019 801 Ученые из Сколтеха, ИПХФ РАН и РХТУ создали новый полимерный катодный материал на основе политрифениламина, который может быть использован при создании быстрозаряжаемых металл-ионных аккумуляторов нового поколения. Результаты исследований опубликованы в Journal of Material Chemistry A. Ru, слова одного из соавторов статьи, аспиранта Сколтеха Филиппа Обрезкова. Несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы на основе неорганических материалов занимают доминирующее положение на рынке, дальнейшее улучшение их рабочих характеристик затруднено, так как в их составе используются тяжелые элементы, ограничивающие удельные электрохимические емкости материалов.
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта, который позволит увеличить пробег электрокаров на одной зарядке. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. Новости металлургической отрасли. Магнитогорский завод прокатных валков запустил комплекс по приготовлению формовочных смесей. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. Катод и его отрицательный заряд Отрицательный заряд катода объясняется тем, что во время процесса электролиза, положительно заряженные ионы перемещаются к катоду под.
Подписка на дайджест
- Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир - MEGATRENDS
- Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
- Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
- Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
- Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
- Читайте также: