«В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). Справиться с внешними угрозами и приблизить успешное завершение спецоперации российской армии помогают новосибирские предприятия, в числе них новосибирский завод «Катод». Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных.
Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации
Электрохимические процессы в LiIon аккумуляторах При разряде элементов питания ионы лития переносят заряд от анода к катоду. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде). Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. Новая литий-ионная батарея содержит катод на основе органических веществ вместо кобальта и никеля. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза.
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
Джизак Узбекистан начнется производство аккумуляторных батарей под маркой "Катод". Проектная мощность завода составит 1 млн АКБ в год. По словам Светланы Прусовой, на этот уровень завод планирует выйти к середине 2004 года. Ранее завод "Джизакаккумулятор" производил принципиально другие источники питания -- щелочные батареи. Для строительства на его площадях производства никель-кадмиевых аккумуляторов и было создано СП "УзЭксайд". Однако сотрудничество с Exide уперлось в финансовые проблемы. Подробности этого не разглашаются.
Емкость такого цикла оказалась ниже, чем емкость первого разряда — 1200 миллиампер-час на грамм катода при токе 100 миллиампер — однако в дальнейшем емкость больше не снижалась.
Батарея пережила 200 циклов заряда и разряда, сохраняя кулоновскую эффективность отношение заряда, который батарея отдает при разряде, к тому, который необходим для заряда около 99 процентов. Чтобы выяснить причины такой неожиданной стабильности, авторы аккуратно вскрыли батарею и изучили ее содержимое с помощью сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и масс-спектрометрии. Они обнаружили, что во время первого разряда образующийся NaCl в основном осел на пористом углеродном катоде, а при последующем заряде хлорид ионы из NaCl окислились до молекулярного хлора Cl2. При последующем разряде хлор снова восстанавливается до хлорид-иона Cl-. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. Хлор — активный газ, который может вступить в реакцию и с анодом и с компонентами электролита, но пока он находится в порах катода, вся система остается стабильной. Причем, судя по всему, для удерживания хлора лучше всего подходят микропоры размером менее 2 нанометров.
Чтобы проверить эту гипотезу, авторы изготовили несколько ячеек с катодом из другого пористого материала — ketjenblack carbon black. Этот материал имеет удельный объем пор даже больше, чем у аморфных углеродных наносфер, но большая часть его приходится на мезопоры размером от 2 до 50 нанометров.
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. Они формируют объемные сетчатые структуры, которые обеспечивают более быструю кинетику электродных процессов.
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. Если есть каркас, то туда всегда можно поместить что-то нужное.
Учёные сделали то, что уже давно нужно было сделать
- Аккумуляторы будущего
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- Свежие записи
- Как устроена Li-ion ячейка?
- Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов |
Последние комментарии
- Статьи по теме «катоды» — Naked Science
- Другие новости
- Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
- От анода до катода
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
| Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России | Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. |
| Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов - Eham | Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд. |
| Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов | В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру. |
Катод и анод
| Новости | НПО Катод Защита | В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. |
| «Катод»: трудно быть лидером | Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. |
| Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор | Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. |
Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый квазитвердотельный катод для твердотельных литий-металлических батарей со значительно сниженным. Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью. В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
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. Исследовательская группа из Мичиганского университета работает именно над этим проектом. Им удалось интегрировать твердые керамические электролиты в литий-ионные батареи и продемонстрировать заметное улучшение долговечности и срока службы, по сравнению с более традиционными литий-ионными батареями.
Такой подход также позволил увеличить скорость зарядки аккумуляторов. Есть исследователи, совершившие прорыв в производстве твердотельных литиевых батарей для 3D-печати. В случае масштабирования проекта до производства, это нововведение позволит удешевить производство литий-ионных аккумуляторов, которые имеют ряд преимуществ перед другими аккумуляторами SSD например, безопасность, повышенная плотность энергии и т.
Все бы хорошо, но в новых батареях по-прежнему используются литий-ионы, которые встречаются в природе редко и не являются самыми «чистыми» материалами при добыче и обработке. Это еще одно важное различие между литий-ионными батареями и их твердотельными альтернативами — неотъемлемое влияние на окружающую среду. Литий-ионным батареям требуются такие токсичные компоненты, как кобальт и, разумеется, сам литий.
Эти материалы относительно редки, дороги в добыче и переработке, их добывают на рудниках в бедных странах или регионах, где мало или вообще не уделяется внимание благополучию рабочих и окружающей среде. Если вы помните , мы рассказывали в предыдущих статьях о возможных победителях и проигравших в индустрии электромобилей, потому что добыча лития требует огромного количества воды как в процессе экстракции, так и в бассейнах испарения, которые используются для производства кристаллов, богатых литием. Добыча и переработка лития — очень опасная работа и чрезвычайно разрушительна для окружающей экосистемы.
Похожая история у кобальта, который часто добывают на так называемых «кустарных рудниках». Эти небольшие шахты часто связаны с использованием детского труда в ужасных условиях, которые выбрасывают большое количество вредных веществ, переносимых воздухом уран — в воздух, а также большое количество серы — в воду. С другой стороны, твердотельные Ssbt-батареи содержат в себе такие распространенные и менее токсичные составляющие элементы, как натрий.
Экстракция натрия, в изобилии встречающаяся в соленой воде, несет гораздо меньшее вредное воздействие на окружающую среду. Это позволит конкурировать с литий-ионными батареями и по цене, и по качеству. Преимущества твердотельных Ssbt-батарей Выше мы уже коснулись некоторых ключевых преимуществ solid-state battery, но каковы другие важные преимущества этой технологии?
Более быстрая зарядка — твердотельные батареи обеспечивают гораздо более высокую скорость зарядки. В зависимости от технологии, некоторые из них могут заряжаться в шесть раз быстрее, чем литий-ионные аккумуляторные батареи. Если исследования квантовых твердотельных накопителей в конечном итоге окажутся успешными, можно будет заряжать solid-state battery практически мгновенно.
Более высокая плотность энергии — еще одно потенциальное преимущество твердотельных батарей. У некоторых технологий его может быть вдвое больше, чем у литий-ионных батарей при том же объеме. 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.
Бурное развитие электрического транспорта сегодня требует разработки коммерчески доступных, безопасных и недорогих накопителей энергии на основе металл-ионных аккумуляторов. Основным недостатком литий-ионной технологии, которая существует, считают высокую цену. В поисках альтернативы много усилий было приложено к созданию аккумуляторов, которые построены с использованием более доступных и менее дорогих элементов, например, калия вместо лития. Кобальт в составе катода можно заменить на материалы, которые намного экологичнее.
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. Они формируют объемные сетчатые структуры, которые обеспечивают более быструю кинетику электродных процессов. Стабильные, быстрые, ёмкие 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.
Команды, представившие самые наукоемкие и коммерчески перспективные бизнес-модели, получат денежные призы от эндаумент-фонда СПбГУ.
Первое место принесет 300 000 рублей, второе — 200 000 рублей, а третье — 100 000 рублей. Кроме того, двум победившим командам могут предложить создать совместно с Университетом малые инновационные предприятия. Гранты на их развитие составят 1 000 000 и 700 000 рублей. Сейчас участники определяют, из каких веществ должен состоять катод, чтобы он наиболее эффективно смог обезопасить аккумулятор от перегрева. На финальной защите проектов изобретатели поделятся результатами работы.
Команда включает пять человек: Илья Тютько «Фундаментальные информатика и информационные технологии» подбирает состав катода; Анна Борисова «Химия» отвечает за синтез материалов; Егор Фалалеев «Химия, физика и механика материалов» выполняет инженерные задачи; Никита Кулешов «Экономика» занимается экономической частью стартапа; Анна Никитенко «Физика» тестирует аккумуляторы и координирует работу в группе. Научный руководитель проекта — младший научный сотрудник кафедры электрохимии Евгений Белецкий. Последние новости.
Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT
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.
Исследовательская группа из Мичиганского университета работает именно над этим проектом. Им удалось интегрировать твердые керамические электролиты в литий-ионные батареи и продемонстрировать заметное улучшение долговечности и срока службы, по сравнению с более традиционными литий-ионными батареями. Такой подход также позволил увеличить скорость зарядки аккумуляторов. Есть исследователи, совершившие прорыв в производстве твердотельных литиевых батарей для 3D-печати. В случае масштабирования проекта до производства, это нововведение позволит удешевить производство литий-ионных аккумуляторов, которые имеют ряд преимуществ перед другими аккумуляторами SSD например, безопасность, повышенная плотность энергии и т. Все бы хорошо, но в новых батареях по-прежнему используются литий-ионы, которые встречаются в природе редко и не являются самыми «чистыми» материалами при добыче и обработке.
Это еще одно важное различие между литий-ионными батареями и их твердотельными альтернативами — неотъемлемое влияние на окружающую среду. Литий-ионным батареям требуются такие токсичные компоненты, как кобальт и, разумеется, сам литий. Эти материалы относительно редки, дороги в добыче и переработке, их добывают на рудниках в бедных странах или регионах, где мало или вообще не уделяется внимание благополучию рабочих и окружающей среде.
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 нашей работе показано, что кинетические затруднения и энергетические барьеры связаны не только с перемещением катионов лития, но в значительной степени с перемещением электронов. В особенности заторможенной может быть передача электронов между катионами переходного металла и атомами кислорода, что как раз и приводит к энергетическим потерям», — рассказывает директор Центра энергетических технологий CEST Сколтеха профессор Артём Абакумов. Мы убедительно показали отсутствие таких необратимых процессов с использованием просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.
За последние полгода завод увеличил выпуск электронно-оптических приборов в несколько раз. 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.
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. 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.
«Катод»: трудно быть лидером
| Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей | В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. |
| 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. |
| Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей | К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. |
| катод - Ассоциация "Глобальная энергия" | Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. |
| КАТОД, сеть магазинов и СТО | Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. |
Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке
К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. В результате в сернистом катоде использовался катализатор ZIF-67 (названный S / ZIF-67 @ CL), который обеспечивал начальную емкость 1346 мАч г-1 при плотности тока 0,2 C. Новости электроники, справочник радиолюбителя, электронные компоненты, радиодетали.