Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. «В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов.
Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации
Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. Категория: Новости РЖД. Опубликовано: 19 августа 2022. Рельсовый автобус «Орлан» между Екатеринбургом и Челябинском планируют запустить в октябре 2022 года. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных. Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд.
Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
- Читайте также:
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
- Продолжить чтение
- Как устроена Li-ion ячейка?
Ученые создали долговечный катод для натрий-ионных аккумуляторов
| Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах - Новости | Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. |
| Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501 | Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. |
| Долговечный катод / Новости Энерговектор | К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. |
| Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза | Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. |
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
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. Они при продвижении по внешней цепи участвуют в восстановлении меди. Значит, в этом случае положительным электродом будет катод. У гальванических элементов плюсом является катод, минусом — анод.
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. Группа под руководством профессора Киёси Канамура из Токийского столичного университета занимается разработкой новых способов улучшения контакта между катодом и твердотельным электролитом в твердотельных литий-металлических батареях. Теперь им удалось создать квазитвердый катод из оксида лития-кобальта LiCoO 2 , который содержит ионную жидкость при комнатной температуре. 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.
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.
Развитие индустрии электротранспорта требует создания литий-ионных аккумуляторов с более высокой энергоёмкостью для того, чтобы обеспечить привлекательный для потребителя диапазон пробега. Тяговые батареи нового поколения могут быть созданы на основе перспективных катодных материалов, представляющих собой сложные оксиды лития и переходных металлов с избыточным содержанием лития. Такие материалы обеспечивают рекордную на сегодняшний день электрохимическую ёмкость за счёт участия в окислительно-восстановительных реакциях как катионов переходных металлов никель и кобальт , так и анионов кислорода. К сожалению, из-за разницы напряжений заряда и разряда гистерезис напряжения работа такого аккумулятора сопровождается потерями энергии, что создаёт препятствие для практического использования. Одновременно катодный материал должен отдать или принять эквивалентное количество электронов, чтобы сохранить электронейтральность.
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
| Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D | Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. |
| Аккумуляторы будущего: masterok — LiveJournal | Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. |
| Литий в лидерах: химические источники тока | Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. |
| Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор | Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). |
| Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D | Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. |
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
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. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. Катод и его отрицательный заряд Отрицательный заряд катода объясняется тем, что во время процесса электролиза, положительно заряженные ионы перемещаются к катоду под.
В КНР ученые нашли пагубное влияние черного чая на легкие — ведет к онкологии
- Новости компании Катод
- Учёные сделали то, что уже давно нужно было сделать
- Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
- Наука РФ - официальный сайт
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
У большинства литий-ионных элементов такие симптомы возникают после 700—1000 циклов работы. Срок их службы составляет более 2000 и 7000 соответственно. Рассмотрим подробнее, какие процессы в АКБ вызывают постепенные изменения внутренней структуры и снижение производительности. Как устроена Li-ion ячейка? Анод из графита или альтернативного материала с пористой структурой, чтобы ионы Li могли на время встраиваться в пространство между слоями. Сепаратор с электролитом на базе этилен-карбоната, разделяющий электроды и проводящий ионы Li. Слой катода наносится на алюминиевую фольгу, а слой анода — на медную. Между ними находится сепаратор. В зависимости от того, как сворачивается такая лента, получаются элементы питания цилиндрической и призматической формы. Снаружи их защищает прочный герметичный корпус из металла.
Электроды соединяют с клеммами-токосъемниками.
Таким образом исследователи создали анод, включив тонкодисперсные активные материалы в пористый углерод МО-каркас. Полученный материал обладал высочайшей кинетикой, позволяя быструю зарядку, и приблизил его по этому параметру к суперконденсаторам.
Похожим образом, но с использованием других материалов, был создан катод, отличающийся рекордной ёмкостью. Тем самым учёные как бы сократили дисбаланс в характеристиках между аккумуляторными анодами и катодами суперконденсаторов. Созданный в лаборатории прототип гибридного натриево-ионного аккумулятора превзошёл по плотности энергии коммерческие литиево-ионные аккумуляторы как показано на графике выше и показал характеристики плотности мощности, свойственные суперконденсаторам.
Она включает в себя три элемента: токопроводящую добавку — металл или сажу, активное вещество и полимерное связующее, состав которых мы и подбираем. Капитан команды, магистрантка направления «Физика» Анна Никитенко «Во время нагрева аккумулятора благодаря уникальному составу нашего катода в нем возрастает сопротивление. Это ведет к тому, что ток перестает течь внутри аккумулятора и передаваться по внешней цепи. Температура больше не повышается, и аккумулятор возвращается в привычный режим работы», — рассказала капитан команды, магистрантка направления «Физика» Анна Никитенко.
Такой способ имеет ряд преимуществ. Его внедрение на предприятиях не потребует перестройки производственной цепочки и, следовательно, больших вложений. 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.
Depositphotos реклама Работа была проведена учеными Сколковского института науки и технологий и сосредоточена на работе катода - одного из двух электродов аккумуляторной батареи. Во многих литий-ионных элементах питания такой электрод состоит из слоистых оксидов переходных металлов, известных как NMC, богатых никелем и состоящих из частиц в форме октаэдра. Поэтому, когда две такие частицы сталкиваются друг с другом, между ними неизбежно остаются пустые места. Ученые смогли изменить структуру обычных NMC, изменив процедуру синтеза, постепенно добавляя инертную соль. Такой подход позволил изменить октаэдрическую форму частиц на сферическую.
В отличие от поликристаллов, частицы порошка не имеют внутренней структуры, поэтому на границах зерен нет пустот.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. "В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. 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.