Профессор Нисихара и его команда полагают, что GMS-лист станет важной вехой в производстве углеродных катодов для литий-O2-батарей. Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд.
КАТОД, сеть магазинов и СТО
Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путем электролиза. Кроме того, электролиз используется для рафинирования очистки меди, никеля, свинца, а также для получения водорода, кислорода, хлора и ряда других химических веществ. Сущность электролиза заключается в выделении из электролита при протекании через электролитическую ванну постоянного тока частиц вещества и осаждении их на погруженных в ванну электродах электроэкстракция или в переносе веществ с одного электрода через электролит на другой электролитическое рафинирование. В обоих случаях цель процессов — получение возможно более чистых незагрязненных примесями веществ. Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания эмиссии электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал.
В отличие от электронной электропроводности металлов в электролитах растворах солей, кислот и оснований в воде и в некоторых других растворителях, а также в расплавленных соединениях наблюдается ионная электропроводность. Электролиты являются проводниками второго рода. В этих растворах и расплавах имеет место электролитическая диссоциация — распад на положительно и отрицательно заряженные ионы. Химия электролиза. Если в сосуд с электролитом — электролизер поместить электроды, присоединенные к электрическому источнику энергии, то в нем начнет протекать ионный ток, причем положительно заряженные ионы — катионы будут двигаться к катоду это в основном металлы и водород , а отрицательно заряженные ионы — анионы хлор, кислород — к аноду. У анода анионы отдают свой заряд и превращаются в нейтральные частицы, оседающие на электроде. У катода катионы отбирают электроны у электрода и также нейтрализуются, оседая на нем, причем выделяющиеся на электродах газы в виде пузырьков поднимаются кверху.
Электрический ток во внешней цепи представляет собой движение электронов от анода к катоду. При этом раствор обедняется, и для поддержания непрерывности процесса электролиза приходится его обогащать. Так осуществляют извлечение тех или иных веществ из электролита электроэкстракцию. Если же анод может растворяться в электролите по мере обеднения последнего, то частицы его, растворяясь в электролите, приобретают положительный заряд и направляются к катоду, на котором осаждаются, тем самым осуществляется перенос материала с анода на катод. Так как при этом процесс ведут так, чтобы содержащиеся в металле анода примеси не переносились на катод, такой процесс называется электролитическим рафинированием. Если электрод поместить в раствор с ионами того же вещества, из которого он изготовлен, то при некотором потенциале между электродом и раствором не происходит ни растворения электрода, ни осаждения на нем вещества из раствора. Такой потенциал называется нормальным потенциалом вещества.
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.
Одной из таких замен являются металл-кальциевые батареи. Кальций, как пятый по распространённости элемент в земной коре, широко доступен и недорог, а также у него более высокий потенциал плотности энергии, чем у лития. Также считается, что его свойства помогают ускорить перенос ионов и диффузию в электролитах и катодных материалах, что даёт ему преимущество перед другими альтернативами литиевым батареям — такими, как магний и цинк. Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий.
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.
В процессе заряда разряда аккумулятора эти ионы уходят из одной матрицы и внедряются в другую. Выходное электрическое напряжение таких систем чуть меньше, чем металлических литиевых, зато уровень безопасности существенно выше. По основным техническим характеристикам ЛИА существенно превосходят «конкурентов».
Так, по сравнению с никель-металло-гидридными аналогами у ЛИА вдвое больше электрохимическая емкость и почти втрое выше плотность аккумулируемой энергии и удельная мощность. 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.
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. «Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию.
Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
«Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая. Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью.
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
Мы стали искать направление, которое позволило бы коллективу поверить в себя и одновременно было бы перспективным». Он пришел на «Катод» начальником группы по ремонту механических частей и оборудования. И до сих пор, несмотря на почтенный возраст — 73 года, продолжает здесь трудиться. Но руководство предприятия, в частности Владимир Ильич Локтионов, сумело найти правильный вектор развития. И у нас все получилось. Предприятие стабильно работает, неплохие зарплаты, а главное — у нас очень интересная, творческая работа», — рассказал Лев Фридман. В середине 90-х «Катод» на свой страх и риск стал участником уникального проекта Российской академии наук по исследованию темной материи, для которого предприятие разработало фотоэлектронные умножители ФЭУ диаметром 350 мм. Это не удалось сделать ни Hamamatsu, ни Philips.
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.
В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. Не путать с направлением электронов. Как работает батарейка.
Основные свойства катодов Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания эмиссии электронов. Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током. Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы: катоды прямого накала, катоды косвенного накала подогревные. Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов. Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии. Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток. Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии.
Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода. Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку керн «активируют» — покрывают пленкой другого элемента. Такие катоды называются активированными. Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна , то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна. Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки. При покрытии керна электроотрицательной пленкой, например кислородом, работа выхода катода увеличивается. Подогревные катоды выполняются в виде никелевых гильз, поверхность которых покрывается активным слоем металла, имеющим малую работу выхода.
Внутри катода помещается подогреватель— вольфрамовая нить или спираль, подогрев которой может осуществляться как постоянным, так и переменным Как работает гальванизация. Как работает гальванизация. Для изоляции подогревателя от гильзы внутренность последней покрывается алундом Аl2O3. Подогревные катоды, благодаря их большой тепловой инерции, обычно питают переменным током, значительная поверхность гильзы обеспечивает большой эмиссионный ток. Подогревные катоды, однако, менее экономичны и разогреваются значительно дольше, чем катоды прямого накала. Друзья, не забывайте подписываться на обновления блога, ведь чем больше читателей подписано на обновления, тем больше я понимаю что делаю что-то важное и полезное и это чертовски мотивирует на новые статьи и материалы. Электроны у него от анода к катоду движутся. Сам написал, что анод под положительным потенциалом, а катод под отрицательным.
Михаил Гуляев Широко применяется в промышленности.
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. Помогут и с поиском сотрудников, которых в ближайшее время потребуется больше.
Фото пресс-службы правительства региона По данным правительства региона, подразделения военнослужащих из Новосибирска полностью обеспечены приборами ночного видения. 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.
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
От коллектива численностью почти 600 человек осталось всего 150. Мы стали искать направление, которое позволило бы коллективу поверить в себя и одновременно было бы перспективным». Он пришел на «Катод» начальником группы по ремонту механических частей и оборудования. И до сих пор, несмотря на почтенный возраст — 73 года, продолжает здесь трудиться. Но руководство предприятия, в частности Владимир Ильич Локтионов, сумело найти правильный вектор развития. И у нас все получилось. Предприятие стабильно работает, неплохие зарплаты, а главное — у нас очень интересная, творческая работа», — рассказал Лев Фридман. В середине 90-х «Катод» на свой страх и риск стал участником уникального проекта Российской академии наук по исследованию темной материи, для которого предприятие разработало фотоэлектронные умножители ФЭУ диаметром 350 мм. Это не удалось сделать ни Hamamatsu, ни Philips.
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.
Правительство региона поддерживает предприятия субсидиями на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
Помогут и с поиском сотрудников, которых в ближайшее время потребуется больше. В эту работу включены и образовательные учреждения региона.
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. 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.
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. Но у новых аккумуляторов всё же есть ряд преимуществ.
Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501 здорово всем народ сегодня решила разобрать и посмотреть что с этим зарядным устройством так как он работает неправильно. Плотность энергии литий-ионных аккумуляторов может быть улучшена за счет сохранения заряда при высоких напряжениях за счет окисления оксидных ионов в материале катода. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов. В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления.
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Литий-ионные батареи LiB — перезаряжаемые батареи, которые сохраняют энергию за счет обратимого восстановления ионов лития, остаются одной из наиболее широко используемых аккумуляторных технологий во всем мире. Эти батареи питают широкий спектр устройств, от смартфонов, наушников и ПК до умных бытовых приборов и электромобилей. Группа исследователей из Городского университета Гонконга и ряда научных центров в США под эгидой Северо-Западного университета в Чикаго разработала решение, способное серьезно улучшить производительность LiB, продлить срок их службы и увеличить их энергоемкость за счет нового типа катодного материала. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Эта хорошо изученная проблема ранее не находила решения, что значительно ограничивает производительность LiB и их общий потенциал. В последнее время наблюдается всплеск интереса к классу материалов LMR, характеризующихся уникальной O2-многослойной структурой.
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.
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.
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. 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.
«Катод»: трудно быть лидером
Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд. Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Новости металлургической отрасли. Магнитогорский завод прокатных валков запустил комплекс по приготовлению формовочных смесей. 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.