Справиться с внешними угрозами и приблизить успешное завершение спецоперации российской армии помогают новосибирские предприятия, в числе них новосибирский завод «Катод».
Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов
Ru, слова одного из соавторов статьи, аспиранта Сколтеха Филиппа Обрезкова. 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.
Источник: Semyon D. Shraer et al. Российские ученые разработали катод для натрий-ионных аккумуляторов. Статья с описанием изобретения опубликована в Nature Communications. Современные аккумуляторы для телефонов и электромобилей изготавливаются с использованием лития.
Использование новых кислородно-окислительно-восстановительных материалов для увеличения плотности энергии катода может стать прорывом, но реализация полного потенциала этой новинки в промышленных масштабах была затруднена. Причиной тому структурные изменения, которые испытывает материал во время первой зарядки, изменения эти, в основном, необратимы и приводят к значительному падению доступного напряжения при последующих разрядках и будущих циклах.
Тяговые батареи нового поколения могут быть созданы на основе перспективных катодных материалов, представляющих собой сложные оксиды лития и переходных металлов с избыточным содержанием лития. Такие материалы обеспечивают рекордную на сегодняшний день электрохимическую ёмкость за счёт участия в окислительно-восстановительных реакциях как катионов переходных металлов никель и кобальт , так и анионов кислорода. К сожалению, из-за разницы напряжений заряда и разряда гистерезис напряжения работа такого аккумулятора сопровождается потерями энергии, что создаёт препятствие для практического использования. Одновременно катодный материал должен отдать или принять эквивалентное количество электронов, чтобы сохранить электронейтральность. В нашей работе показано, что кинетические затруднения и энергетические барьеры связаны не только с перемещением катионов лития, но в значительной степени с перемещением электронов.
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Ученые сформулировали новую теорию о жизни после смерти
- Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
- Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
- Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
- Как здания влияют на микробиом и здоровье человека
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Одним из основных является дизайн интерфейса между электродами и твердыми электролитами. Электролиты в литий-ионных батареях обычно жидкие и легко воспламеняются, что представляет угрозу безопасности. Вот почему вместо этого люди пытаются использовать твердотельный электролит. Однако трудно добиться хорошего контакта между электродами и твердыми электролитами. Любая шероховатость поверхности с обеих сторон приводит к высокому межфазному сопротивлению, что снижает производительность батареи. Была проведена некоторая работа по изучению конструкции твердого электролита , но конструкция катода остается открытым вопросом. Группа под руководством профессора Киёси Канамура из Токийского столичного университета занимается разработкой новых способов улучшения контакта между катодом и твердотельным электролитом в твердотельных литий-металлических батареях.
Анод сделали из металлического натрия, а катод — из пористых аморфных углеродных наносфер. Полученная ячейка показала довольно высокую разрядную емкость — 2800 миллиампер-час на грамм катода. После этого авторы неожиданно обнаружили, что батарею можно перезарядить и затем разрядить снова. 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.
Схема синтеза FeF 2 «Фторид железа не заменит литий в аккумуляторах, однако конверсионные катодные материалы позволяют создавать более эффективные аккумуляторы и, таким образом, эффективнее этот литий применять. Сам конверсионный катодный материал обладает существенно более высокими практически вдвое показателями удельной емкости и плотности энергии, чем существующие коммерчески-применяемые классические интеркаляционные материалы. Помимо этого, разработанный метод синтеза является достаточно простым, масштабируемым и более экологически безопасным», — пояснил младший научный сотрудник Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики МИИ ИМ ЮФУ Виктор Шаповалов. Исследователи также выяснили ключевые особенности и отличия конверсионных электрохимических реакций, протекающих в процессе работы катодного материала, полученного по новой методике. Виктор Шаповалов — младший научный сотрудник Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики МИИ ИМ ЮФУ «Уникальной чертой данного исследования является разработка методики синтеза наноструктурированного материала, обладающего уникальными характеристиками, которые появляются благодаря использованию в технологии синтеза получаемого в нашей лаборатории материала MIL-88, обладающего необычными свойствами.
По состоянию на 9. Российская сторона неоднократно подчеркивала, что ограничение поставок обусловлено исключительно санкциями, из-за которых возникли проблемы с обслуживанием и ремонтом газоперекачивающих агрегатов Siemens. Сейчас работу магистрали обеспечивает только одна турбина.
Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
Абсолютные приоритеты компании: безопасность, здоровье и забота о персонале, обеспечение непрерывного и надежного производства — и выполнение всех существующих обязательств. Производство и отгрузка углеводородов покупателям ведутся без сбоев и в соответствии с графиком, утвержденным на 2022 год», - говорится в сообщении. Об этом свидетельствуют данные лондонской биржи ICE. По состоянию на 9.
Для этого команда ученых заменила оксид лития-кобальта на дисульфид ванадия. Поскольку этот материал легче, это позволило увеличить плотность энергии. А его повышенная проводимость ускорила зарядку. Исследователи обращаются к дисульфиду ванадия VS2 не в первый раз. И всегда основным препятствием в реализации такой батареи была нестабильность этого материала. Низкая стабильность означает короткий срок службы аккумулятора.
Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий. 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.
Общество Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации Справиться с внешними угрозами и приблизить успешное завершение спецоперации российской армии помогают новосибирские предприятия, в числе них новосибирский завод «Катод», который изготавливает экипировку для бойцов 19 января 2023, 21:38 Ольга Дурных Поделитесь новостью: Приборы ночного видения — одно из направлений работы предприятия «Катод». Также на «Катоде» производят фотоэлектронные умножители для научных исследований, по заказу Института ядерной физики успешно заместили итальянские насосы для синхротрона «СКИФ».
А в 2022 году взяли на себя выполнение объемного государственного заказа.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
Выявилось, что эти материалы демонстрируют меньшее падение напряжения по сравнению с обычными LMR со структурой O3-типа, а также дают возможность точнее отрегулировать локальную структуру изначально нестабильной сотовой решетки. Профессор Лю и его коллеги смогли сконструировать новый катод LMR со стабилизированной сотовой структурой. Они ввели ионы переходного металла TM в слои лития выше или ниже сотовой структуры, чтобы повысить ее стабильность. Используя метод ионного обмена то есть систему для эффективного удаления или растворения ионов , исследователи превратили комбинированный материал на основе натрия, лития, марганца и никеля в желаемый катод LMR O2-типа. Преимущество нашего катода LMR заключается в значительно более низком спаде напряжения при использовании батареи по сравнению с традиционными катодами», — пояснил профессор Лю. В тестовых испытаниях новый катод, обогащенный литием, показал себя успешно, подтвердив возможности продлить срок службы и повысить производительность литий-ионных аккумуляторов.
Один из способов исследования включает накопление заряда на ионах оксидов, а также на ионах переходных металлов. Использование новых кислородно-окислительно-восстановительных материалов для увеличения плотности энергии катода может стать прорывом, но реализация полного потенциала этой новинки в промышленных масштабах была затруднена. Причиной тому структурные изменения, которые испытывает материал во время первой зарядки, изменения эти, в основном, необратимы и приводят к значительному падению доступного напряжения при последующих разрядках и будущих циклах.
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.
Благодаря конверсионной электрохимической реакции удается получить ту же величину емкости электрической энергии для значительно меньшей массы катодного материала. В отличие от ранее известных способов получения подобных материалов, разработанный в ЮФУ метод подразумевает, что один из компонентов для производства катода — металл-органический каркас MIL-88A фумарат железа — синтезируется в водной среде без каких-либо токсичных добавок, что говорит о минимальном вреде окружающей среде. Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. Схема синтеза FeF 2 «Фторид железа не заменит литий в аккумуляторах, однако конверсионные катодные материалы позволяют создавать более эффективные аккумуляторы и, таким образом, эффективнее этот литий применять. Сам конверсионный катодный материал обладает существенно более высокими практически вдвое показателями удельной емкости и плотности энергии, чем существующие коммерчески-применяемые классические интеркаляционные материалы.
EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Ячейка с крупнопористым катодом из ketjenblack carbon black тоже показала обратимый разряд и заряд, но проработала всего сорок циклов, а затем ее кулоновская эффективность резко стала уменьшаться. Поэтому авторы статьи полагают, что путь к стабильным тионилхлоридным аккумуляторам лежит через поиск катодного материала с еще большим объемом микропор. Кроме того, стабилизировать батарею помогают добавки фтор-содержащих солей в электролит. На натриевом электроде тоже образуется слой хлорида натрия, и ионам натрия постепенно становится труднее проходить через него. Фторид натрия и другие фтор-содержащие соли способствуют образованию пустот в этом слое и облегчают движение ионов натрия. Авторы также изготовили перезаряжаемый источник тока с литиевым анодом. Он показывал чуть более высокую емкость первого разряда 3250 миллиампер-час на грамм катода , но при последующих разрядах и зарядах емкость была такая же, как и у натриевого варианта.
Впрочем, данных о сходстве и различии двух новых источников тока пока что недостаточно, и авторы собираются продолжить их изучение. Говорить о том, смогут ли подобные устройства в будущем выйти на рынок и составить конкуренцию литий-ионным аккумуляторам, тоже пока преждевременно. Пока что Дай и его коллеги отметили только, что за все время работы над статьей они собрали и испытали несколько сотен ячеек, но ни одна из них не взорвалась.
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.
Также в проработке вопрос по переходу на альтернативные источники энергии.
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. Их получают разложением расплавленных солей этих металлов. Нормальные электродные потенциалы веществ являются минимальными, при них начинается процесс электролиза, практически требуются большие значения потенциала для развития процесса.
Разность между действительным потенциалом электрода при электролизе и нормальным для него потенциалом называют перенапряжением. Оно увеличивает потери энергии при электролизе. С другой стороны, увеличивая перенапряжение для ионов водорода, можно затруднить его выделение на катоде, что позволяет получить электролизом из водных растворов ряд таких более отрицательных по сравнению с водородом металлов, как свинец, олово, никель, кобальт, хром и даже цинк. Это достигается ведением процесса при повышенных плотностях тока на электродах, а также введением в электролит некоторых веществ.
Течение катодных и анодных реакций при электролизе определяется следующими двумя законами Фарадея. В действительности масса выделившегося вещества всегда меньше указанной, что объясняется рядом побочных процессов, проходящих в ванне например, выделением водорода на катоде , утечками тока и короткими замыканиями между электродами. Выход по току существенно зависит от плотности тока на электроде. С увеличением плотности тока на электроде выход по току растет и повышается эффективность процесса.
Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
«Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. 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. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке АО «Катод» обсудил вопросы поддержки воинских подразделений, участвующих в СВО. Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд. Электрохимические процессы в LiIon аккумуляторах При разряде элементов питания ионы лития переносят заряд от анода к катоду.
Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру. Органические материалы, составляющие катод, в котором функциональные группы в ходе реакций заряда и разряда попеременно окисляются и восстанавливаются. При зарядке аккумулятора литий из катода переходит в графит на аноде, в результате чего там получается соединение углерода и лития.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
| Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза | В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. |
| Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО | Зарядное устройство забирает электроны с катода, оставляя его с положительным зарядом, и направляет их на анод, сообщая ему отрицательный заряд. |
| Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов | Категория: Новости РЖД. Опубликовано: 19 августа 2022. Рельсовый автобус «Орлан» между Екатеринбургом и Челябинском планируют запустить в октябре 2022 года. |
Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях
Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом.