Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. Заряд перестает передаваться по внешней цепи, оставаясь внутри аккумулятора. Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде). Категория: Новости РЖД. Опубликовано: 19 августа 2022. Рельсовый автобус «Орлан» между Екатеринбургом и Челябинском планируют запустить в октябре 2022 года.
Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
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. Совместный исследовательский проект между Ноттингемским университетом Великобритания и шестью исследовательскими институтами Китая недавно объявил о некотором прорыве в этой области. Основываясь на тестах с использованием расплавленных солей, активируемых нагреванием, команда улучшила конструкцию, использовав вместо них твердые соли. Это изменение явилось результатом их предыдущих выводов о том, что расплавленные соли обладают высокой коррозионной активностью, летучестью и склонны к испарению и утечке.
Если исследование этой международной группы ученых окажется плодотворным, оно может привести к новому и интересному решению для более безопасных и эффективных решений по хранению аккумуляторов для солнечных электростанций и автомобильной промышленности. Девять из десяти крупнейших обладателей патентов — азиатские компании. Единственный представитель другого региона — немецкий концерн Bosch, занявший пятое место.
Когда батарея подключена к электронному устройству, положительно заряженные ионы движутся от анода батареи к ее катоду. Это заставляет катод становиться положительно заряженным по сравнению с анодом , что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов. Сепаратор в батарее включает электролиты, которые образуют катализатор для ускорения процесса и перемещения ионов и электронов к аноду и катоду. Этот процесс приводит к появлению свободных электронов на аноде, что создает заряд на положительном токосъемнике батареи. Затем электрический ток течет от коллектора тока через устройство и обратно к коллектору отрицательного тока батареи. Когда литий-ионные батареи заряжаются, происходит тот же процесс, но в обратном направлении, восстанавливая батарею для разряда.
В твердотельных Ssbt-батареях используется твердый электролит, а не жидкий. Этот твердый электролит имеет тенденцию действовать как разделитель аккумулятора. В остальном, процесс очень похож на процесс с литий-ионными батареями, но варьируется в зависимости от типа рассматриваемого твердотельного аккумулятора например, натрий-ионный и т. Преимущества твердотельных батарей перед традиционными Одно из главных преимуществ — безопасность. Жидким электролитам присущи некоторые проблемы. При более высоком напряжении внутри электролитов образуются нити металлического лития, что со временем увеличивает риск короткого замыкания батареи. Поэтому, электролиты в современных литий-ионных батареях легко воспламеняются. Именно здесь твердотельные батареи обеспечивают гораздо больший уровень безопасности, чем литий-ионные батареи. Например, использование альтернативных керамических электролитов имеет гораздо меньшую вероятность возгорания.
Керамические материалы также помогают предотвратить образование литиевых нитей, которые теоретически могут позволить таким батареям работать при гораздо более высоких напряжениях. Однако керамика достаточно хрупкий материал и может оказаться проблематичным при эксплуатации и производстве. Существуют решения, позволяющие упредить эту проблему, к примеру, пропитка керамики наночастицами графена. Это не только увеличивает долговечность керамических электролитов, но помогает усиливать их ионную проводимость. Помните, что электролиты проводят ионы, а не электричество? Эксперименты в этой области, проводимые группами, к примеру, из университета Брауна, показали, что этот раствор может удвоить или утроить прочность керамического электролита, сохраняя его полезность в качестве потенциального электролита и сепаратора твердотельной Ssbt-батареи. Другие варианты включают использование органических катодов в сочетании с твердотельными ионно-натриевыми батареями. Это интересно, поскольку существующие натриево-ионные батареи, хоть и являются твердотельными, не обладают плотностью энергии литий-ионных батарей. Другая проблема, связанная с твердотельными батареями solid-state battery такого типа, заключается в том, что слой неактивных кристаллов натрия имеет тенденцию нарастать на катоде, блокируя движение ионов натрия и эффективно разрушая батарею.
Так, используя катод из пирен-4, 5, 9, 10-тетраона PTO , исследовательская группа из Хьюстонского университета обнаружила, что этот вид катода имеет много преимуществ, по сравнению с неорганическими, более традиционными катодами. Например, использование PTO позволяет фактически поменять местами резистивную поверхность раздела между катодом и электролитом. Это имеет большое значение для стабильности и увеличения срока службы таких батарей, а также для повышения плотности энергии. Обеспечивая тесный контакт между жестким катодом и твердым электролитом, независимо от изменения диаметра катода во время цикла батареи, это может изменить правила игры для solid-state battery. Но сбрасывать со счетов натриево-ионные твердотельные батареи пока не стоит. Поскольку другие исследовательские группы работают над поиском решения проблем, присущих именно этой технологии. Группа из университета штата Вашингтон WSU и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории PNNL нашла способ предотвращения накопления неактивного натрия на катодах. Они обнаружили, что создание катода из оксида металла, пропитанного дополнительными ионами натрия, позволило беспрепятственно производить электричество. Это также может оказаться революционным шагом, потому что позволит производить натрий-ионные батареи наравне с литий-ионными альтернативами.
Это значит, что даже если solid-state battery technology, как упоминалось ранее, считается лучшей альтернативой литий-ионным батареям, могут появиться компромиссные технологии — твердотельные литиевые батареи.
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. Особенности анода Углеродным материалам графиту, саже, коксу свойственно обратимо встраивать катионы лития в пространства между слоями с минимальным увеличением удельного объема.
По условиям контракта этот консорциум в рамках пусконаладочных работ ранее это планировал выполнить Exide должен организовать выпуск аккумуляторов под маркой "Катод" для всех видов автомобильного транспорта. По словам специалистов "Катода", контракт рассчитан до весны 2004 года. Но руководство консорциума ведет переговоры о долгосрочной эксплуатации завода и выкупе контрольного пакета акций. Что касается технического аспекта, то технология, которую они применяют, не совсем наша, и потому может возникнуть вопрос, как хорошо будут работать эти аккумуляторные батареи зимой". Из них легковые автомобили -- 20,3 млн штук. Таким образом, минимальная потребность российского рынка в новых аккумуляторах составляет 7 млн единиц. По оценке отдела маркетинга "Катода", минимальная потребность российского рынка в аккумуляторах составляет 10 млн штук.
Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501
Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «катоды». Все статьи перед публикацией проверяются, а новости публикуются только на основе статей из рецензируемых. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. Органические материалы, составляющие катод, в котором функциональные группы в ходе реакций заряда и разряда попеременно окисляются и восстанавливаются. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. Ученые из Университета префектуры Осака разработали катод из сульфида лития с твердым электролитом, который отличается устойчивостью к окислению.
Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
Название статьи говорит само за себя: «Проводящий анод с S-легированием из многовалентного сульфида железа с низкой кристалличностью и катод из 3D-пористого графитового углерода с высоким содержанием N [натрия] для высокопроизводительных натриево-ионных гибридных накопителей энергии». Понятно, что нельзя просто взять и объединить в новом устройстве аноды от обычных аккумуляторов и катоды от суперконденсаторов. Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью. Поэтому учёные пошли по пути создания объёмных электродов на основе пористых 3D-материалов — так называемых металлорганических каркасов.
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.
При этом такой аккумулятор намного безопаснее. Команда продемонстрировала обратимость в течение 150 циклов. 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.
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. Инновационный подход в этой области разрабатывается в Лаборатории перспективных электродных материалов для химических источников тока в Федеральном исследовательском центре проблем химической физики и медицинской химии Российской ака демии наук ФИЦ ПХФ и МХ РАН. Именн о там неорганические катоды и аноды решили заменить на органические соединения — они, как правило, не имеют жесткой кристаллической решетки, то есть являются аморфными и потому с легкостью принимают катионы не только лития, но также калия и натрия, что очень важно для развития новых аккумуляторных технологий. Однако для создания калий-ионного аккумулятора нужны не только катодные материалы, но и анодные — решением стало использование нового класса редокс-активных полимеров, показавших высокие и обратимые емкости. В последней работе, вышедшей в журнале Molecules и описывающей материал на основе сополимера из производных антрахинона, был сделан значительный шаг в плане обеспечения долговременной стабильности аккумуляторов. Заведующая лабораторией, к. Ольга Александровна Краевая следующим образом характеризует результаты, представленные в недавней публикации ее коллектива: «Разработка нового полимерного катодного материала на основе антрахинона и хинизарина позволила улучшить характеристики как литиевых, так и калиевых источников тока. Высокие емкостные характеристики разработанных электродных материалов в совокупности с великолепной стабильностью и быстродействием калиевых источников тока полный заряд и разряд аккумулятора за несколько минут открывают широкие возможности для их практического использования, например в качестве дешевых и надежных стационарных накопителей энергии высокой емкости.
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов. Построена модель термополевой электронной эмиссии из металлического катода с тонкой поверхностнойдиэлектрической пленкой при его температуре 200–400 К. Получено выражение. «Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «катоды». Все статьи перед публикацией проверяются, а новости публикуются только на основе статей из рецензируемых.
Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
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. Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. При зарядке аккумулятора литий из катода переходит в графит на аноде, в результате чего там получается соединение углерода и лития. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза.
Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
Петербургская группа "Катод" рассчитывает стать крупнейшим производителем аккумуляторов в России. Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. 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.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Ещё в прошлом десятилетии начались эксперименты по увеличению размеров частиц марганца, но до сих пор они преимущественно имели поликристаллическую структуру. Улучшить характеристики катодов на основе марганца авторы разработки смогли за счёт создания специального токопроводящего покрытия, которое повышает устойчивость материала к воздействию высоких температур, неизбежно возникающих при эксплуатации тяговых батарей.
Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке «Катода» отметил, что сейчас наблюдается очень высокий спрос на современное оборудование, которое производит завод. Ведь кратное увеличение объёмов производства, в частности, на «Катоде», — это серьезный вклад в повышение эффективности работы наших бойцов», — сказал Травников. Серийный выпуск электронно-оптического преобразователя третьего поколения налажен только на российском «Катоде» и в США.
Этот проект потребует установки в Петербурге только сборочной линии, так как формировочное оборудование уже функционирует на площадях "Катода" с 2001 года. В настоящее время рассматриваются два организационных варианта. В этом случае оборудование сборочной линии будет внесено в качестве вклада в уставный капитал. Такой вариант является для НПО "Катод" приоритетным. В этом случае оборудование будет поставлено в лизинг.
Джизак Узбекистан начнется производство аккумуляторных батарей под маркой "Катод". Проектная мощность завода составит 1 млн АКБ в год.
Человечество производит и потребляет всё больше электричества, и вместе с этим растёт спрос на энергонакопители, потому что многие устройства часто работают в автономном режиме. Литий-ионные аккумуляторы могут давать большую мощность, обеспечивая при этом сравнительно высокие скорости разряда и заряда, а также хранят достаточно много энергии в расчете на единицу своей массы. Поэтому их применяют в качестве накопителей энергии не только в электронике и электротранспорте, но уже и в масштабах глобальных энергосетей.
Например, в Австралии построят сеть огромных энергонакопителей на основе литий-ионных аккумуляторов, чтобы запасать излишки энергии, произведенной солнечными и ветровыми электростанциями. Но если литий-ионных аккумуляторов будет становиться больше, то рано или поздно закончится сырье для их производства. 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.
Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
Профессор Нисихара и его команда полагают, что GMS-лист станет важной вехой в производстве углеродных катодов для литий-O2-батарей. Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование.