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
Современные аккумуляторы для телефонов и электромобилей изготавливаются с использованием лития. Этот металл добывается в ограниченном числе мест на Земле, и потому цена на него растет. В связи с этим ученые по всему миру пытаются найти ему равноценную замену. Например, литий можно заменить натрием, но до сих пор исследователям не удалось получить из него аккумулятор с такими же свойствами. Дело в том, что оба вещества состоят из одних и тех же атомов, но соотношение между элементами разное.
Значительно увеличенный срок службы — одно из основных преимуществ твердотельных Ssbt-батарей. Срок службы заряда-разряда-перезарядки — может быть продлен до десяти лет, по сравнению с более скромными двумя годами у традиционных альтернатив. Сниженная скорость утечки саморазряд — еще одно потенциальное преимущество твердотельных батарей.
Их можно сделать меньше и дешевле теоретически твердотельные батареи могут быть гораздо меньше литий-ионных альтернатив. Безопасность — основным преимуществом твердотельных батарей является их относительная безопасность. Они не производят газообразный водород. Возможности использования твердотельных батарей и пути выхода из кризиса Ожидается, что главной движущей силой развития аккумуляторных технологий станут — электромобили. Так, тайваньские компании, имеющие опыт в производстве аккумуляторов для компьютерного и телекоммуникационного секторов, уже начали сборку аккумуляторов для электромобилей. В частности, в этом преуспели компании Simplo, Dynapack и Celxpert. Чуть дальше пошли тайваньские компании, которые смогли наладить производство материалов для электродов литиевых аккумуляторов — анодов и катодов.
Но стоит еще раз подчеркнуть, что батареи на подобных материалах приближаются к пределу своих возможностей и не сохранят лидирующие позиции в будущем. Foxconn заявила, что демонстрация ее твердотельных Ssbt-продуктов состоится в конце 2021 года, а серийный запуск производства — к 2024 году. Почему основное применение твердотельных аккумуляторов ожидается в индустрии электромобилей? Ssbt-батареи потенциально предлагают меньший вес, повышенную надежность, дальность действия, безопасность и меньшую скорость перезарядки, по сравнению с жидкостными батареями. Все эти преимущества, вместе взятые, фактически произведут революцию в индустрии электромобилей. Это, в свою очередь, создаст огромную потребность в поставках лития во всем мире, что приведет к увеличению затрат на производство новых батарей если не будут разработаны способы безопасной и надежной утилизации старых Li-on батарей. Чтобы преодолеть это потенциальное узкое место в поставке аккумуляторных батарей, многие автомобильные компании сами разрабатывают более дешевые и устойчивые solid-state battery.
Например, Toyota недавно объявила, что планирует добавить Ssbt-батареи в свои новые автомобили уже в 2021 году. Согласно отчету, опубликованному Nikkei Asia , это может позволить электромобилям предлагать запас хода в 310 миль 500 км на одной зарядке, а также быструю перезарядку с нуля до полной за 10 минут. General Motors вместе с SolidEnergy Systems организовал производство аккумуляторов Ultium с жидким электролитом, анодами на базе графита и катодов с комбинацией никеля, кобальта, марганца и алюминия. Это снизит потребность в дефицитных металлах, а также позволит удвоить плотность хранения заряда в аккумуляторах без ущерба для безопасности. В Китае появляются электромобили на альтернативных литий-железо-фосфатных аккумуляторах ЛЖФ. Они дешевле и менее токсичные, однако имеют меньшую емкость. Tesla и Volkswagen также обещают в ближайшие годы сократить использование кобальта.
BMW и Ford нацелены использовать низкозатратную и эффективную технологию твердотельных аккумуляторов Solid Power в будущих электромобилях. Murata Manufacturing планирует в ближайшие месяцы развернуть серийное производство solid-state battery. Японская компания намерена поставлять их производителям наушников и других носимых устройств. Прорыв в области производства стал возможен за счет объединения технологии литий-ионных аккумуляторов, приобретенной у Sony, с процессами ламинирования, разработанными для производства многослойных керамических конденсаторов — основного вида продукции компании, базирующейся в Киото. Компания планирует начать производство полностью твердотельных Ssbt-батарей до начала 2022 года с серийностью до 100 000 аккумуляторов в месяц. Солевые батареи для электромобилей и солнечной энергетики Другие варианты для электромобилей и солнечной энергетики включают использование гибрида традиционных и твердотельных батарей. Один из ярких примеров — это батареи на солевой основе.
Это своего рода квазитвердотельная QSS батарея. В этих экспериментальных батареях в качестве электролита и сепаратора батареи используются соли. Это решение интересно тем, что потенциально является безопасным, «зеленым», доступным по цене и полностью пригодным для вторичной переработки.
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.
Статья с описанием изобретения опубликована в Nature Communications. Современные аккумуляторы для телефонов и электромобилей изготавливаются с использованием лития. Этот металл добывается в ограниченном числе мест на Земле, и потому цена на него растет. В связи с этим ученые по всему миру пытаются найти ему равноценную замену. Например, литий можно заменить натрием, но до сих пор исследователям не удалось получить из него аккумулятор с такими же свойствами.
Архив материалов
- Катод — Википедия
- В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Содержание
- Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
- Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
- Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке
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.
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.
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.
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. 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.
Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
Основными препятствиями были отсутствие эффективного электролита и отсутствие достаточно качественных катодных материалов. CuS как природный минерал обладает благоприятными электрохимическими свойствами. Его слоистая структура позволяет ему хранить различные катионы, включая литий, натрий и магний. Благодаря наночастицам и композиции с углеродными материалами Кису и его коллегам удалось создать катод, способный накапливать большое количество ионов кальция.
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. 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.
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. 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.
Однако их размеры больше, чем у ионов лития, плюс ионы натрия склонны к образованию нежелательных примесей, которые сокращают срок службы батареи, а следовательно, они более требовательны к структурной устойчивости и кинетическим свойствам материалов катода и анода. В CATL утверждают, что им удалось найти решения этих проблем. Так, в роли катода использовали материал под названием Prussian white ферроцианид железа, или выцветшая и окислившаяся берлинская лазурь с особой структурой, что решило проблему потери ёмкости. А для анода — пористый материал на основе твёрдого углерода, обеспечивший быстрое перемещение ионов натрия и высокий ресурс. 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.
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате. Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается.
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. 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. Понравился материал?
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. Они препятствуют эффективному переносу лития, плохо воздействуют на напряжения внутри частиц и тем самым ускоряют процесс деградации. Материал неоднороден и стремится к разрушению со всеми сопутствующими рисками выхода из строя целой ячейки.
Это в очередной раз доказывает нам — брак аккумулятора вероятен даже в самых дорогих и проверенных линейках потребительских устройств. Больше науки Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте NeovoltRu. Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов.
По состоянию на 1 января текущего года на железнодорожной сети в почти 1,3 тыс.
Компания намерена во время модернизации и капитального ремонта имеющегося подвижного состава внедрить энергосберегающие технологии в системы освещения вагонов — как светодиоды, так и интеллектуальные системы управления.
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
| Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях | Построена модель термополевой электронной эмиссии из металлического катода с тонкой поверхностнойдиэлектрической пленкой при его температуре 200–400 К. Получено выражение. |
| КАТОД, сеть магазинов и СТО | 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. |
| Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор | Отрицательный заряд катода привлекает положительные ионы и приводит к образованию нейтральных частиц. |
Ученые создали долговечный катод для натрий-ионных аккумуляторов
Что такое Анод и Катод? Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов. В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру.
Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях
Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. НазваниеПовышение мощности разряда и эффективности заряд-разрядного цикла водородно-ванадиевого накопителя электроэнергии за счет оптимизации катодного материала. Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке АО «Катод» обсудил вопросы поддержки воинских подразделений, участвующих в СВО. Ученые из Университета префектуры Осака разработали катод из сульфида лития с твердым электролитом, который отличается устойчивостью к окислению.
От анода до катода
- Серебряно-цинковые
- Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов - Eham
- Долговечный катод / Новости Энерговектор
- Последние комментарии
- Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
- Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
«Катод»: трудно быть лидером
Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде). Справиться с внешними угрозами и приблизить успешное завершение спецоперации российской армии помогают новосибирские предприятия, в числе них новосибирский завод «Катод».