Новая литий-ионная батарея содержит катод на основе органических веществ вместо кобальта и никеля. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. Знание того, какой заряд имеет катод, является ключевым для понимания его функции и влияния на электролитические.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
| Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО | | Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. |
| Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор | Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. |
От анода до катода
- Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
- Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
- Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
- Учёные сделали то, что уже давно нужно было сделать
Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
Они производятся в огромных количествах и увидеть их можно практически в каждом современном электронном устройстве. Однако, с этим видом аккумуляторов есть серьезная проблема: в состав их катодов входит кобальт, более половины запасов которого находится в одной стране — Демократической республике Конго. В будущем цена на этот элемент и аккумуляторы может сильно вырасти, если не найти ему замену в катодах. Менделеева и Института проблем химической физики РАН разрабатывают новые, так называемые двухионные аккумуляторы. В электрохимических процессах внутри них задействованы и катионы, и анионы электролита, что повышает эффективность работы устройств. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт.
И только отдельные страны могут похвастаться значительными месторождениями лития. Среди них Чили, Австралия, Аргентина, Китай и некоторые другие.
Но даже если извлечь весь литий, который есть в земной коре, и сделать из него литий-ионные аккумуляторы, то их попросту не хватит для электрификации мирового транспорта. Ситуация обостряется тем, что литий очень плохо извлекается из отработавших свой срок аккумуляторов. Осознание острой нехватки лития в мире привело к взлету цен на его соединения: они выросли пятикратно в конце 2022 — начале 2023 гг. Потом произошел «откат», и стоимость лития значительно снизилась к концу 2023 года, но тренд уже всем понятен — литий будет постоянно дорожать из-за его острой нехватки для нужд стремительно растущей аккумуляторной промышленности. 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.
Сомневаюсь, что кто-то может не согласиться с утверждением, что мир без батареек, в котором мы живем, был бы совершенно иным. Есть батареи, которые уже более 10 лет доминируют на рынке, конкурируя между собой — это литий-ионные и литий-полимерные. Но этим батареям присущи некоторые проблемы например, ограниченный срок службы , они далеки от «экологически чистого» решения для питания портативных устройств. Порой разработчикам удаётся достичь максимально длительного цикла автономности. Но в угоду концептуальных особенностей будущего продукта например, тонкий корпус или огромная камера без увеличения габаритов даже самые крутые системы экономии расхода заряда не отвечают нашим запросам. Поскольку мы все больше становимся зависимыми от смартфонов, было бы здорово, чтобы батареи, питающие их, выдерживали нагрузку 24 часа в сутки 7 дней в неделю!
И это, к счастью, не пустые мечты, а новейшие Solid-state battery technology Ssbt , которые произведут революцию в мире твердотельных батарей. Это невероятная и быстро развивающаяся область, из которой мы все извлечем выгоду в не столь отдаленном будущем. Что такое твердотельный аккумулятор? Твердотельные батареи Solid-state battery technology, Ssbt , как следует из их названия, представляют собой батареи, которые имеют как твердые электроды, так и твердые электролиты. Это быстро развивающаяся технология нового поколения батарей, которая пришла на смену литий-ионным и литий-полимерным лидерам рынка. Ssbt-батареи имеют сравнительно низкую воспламеняемость, более высокую электрохимическую стабильность, существенный потенциал катодов и значительную плотность энергии, в сравнении с батареями с жидким электролитом.
Эти функции, плюс их высокая производительность, невероятная безопасность и относительно низкая стоимость выпуска могут оказаться революционными для многих отраслей, в которых используются аккумуляторные технологии. На сегодняшний день существуют различные формы твердотельных Ssbt-батарей, которые, в первую очередь, различаются материалами, из которых изготовлены анод и катод, а также используемыми электролитами. Оксиды, сульфиды, фосфаты, простые и сложные полиэфиры, нитрилы, полисилоксаны, полиуретаны — это лишь некоторые из вариантов, которые в настоящее время исследуются и тестируются. Большинство разработок в области Ssbt-технологий, как правило, делятся на две категории — неорганические и органические твердые электролиты. Первые — в виде керамики, лучше всего подходят для жестких аккумуляторных систем, которые должны работать в суровых условиях окружающей среды, например, при высоких температурах. Вторые — в виде полимеров, легкие в обработке и, следовательно, дешевле , лучше всего подходят для гибких устройств.
Основные месторождения кобальта находятся в Демократической Республике Конго. С стране постоянны перебои в цепи поставок и зафиксированы случаи использования детского труда — это оттолкнуло многие компании от заказов у данного поставщика. Есть опасения экспертов, что пока что рынок наблюдает только рост цен на кобальт, но к концу 2021 года может столкнуться с дефицитом металла. В чем разница между твердотельными и литий-ионными батареями? Прежде чем мы перейдем к определению, что такое твердотельный аккумулятор или Solid-state battery technology, стоит вкратце рассказать, что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает. Анод — сделан из углерода в литий-ионных батареях , а также хранит литий.
Сепаратор — этот материал, как ни странно, разделяет анод и катод, а также блокирует поток электронов, но позволяет ионам проходить через него. Электролит — это жидкость, которая разделяет два электрода и переносит катионы лития от анода к катоду при разрядке и, наоборот, при зарядке. Коллекторы тока — как положительные, так и отрицательные. 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.
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.
Аккумуляторы будущего
| Группа "Катод" усиливает заряд | Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. |
| Новости | Проект Заряд | Профессор Нисихара и его команда полагают, что GMS-лист станет важной вехой в производстве углеродных катодов для литий-O2-батарей. |
| EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. |
| Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D | Петербургская группа "Катод" рассчитывает стать крупнейшим производителем аккумуляторов в России. |
| Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D | 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. |
«Катод»: трудно быть лидером
В результате получались объемные сополимеры. Авторы проверили емкость устройства после 25 000 циклов заряда-разряда и обнаружили, что она составила треть от первоначальной. Если бы аккумулятор в телефоне был так же стабилен, его можно было бы ежедневно заряжать и разряжать на протяжении 70 лет. Удельная емкость таких устройств варьировалась от 82 до 101 миллиампер-часа на грамм в зависимости от силы тока при заряде и разряде. Кроме того, зарядить такие аккумуляторы ученые смогли всего за несколько секунд. Статья об открытии опубликована в журнале Energy Technology.
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. В частности, содержащим упорядоченные массивы наноразмерных пор», — отметил Александр Солдатов. Полученные результаты, опубликованные в научном журнале Journal of Alloys and Compounds, лягут в основу инновационных проектов ЮФУ в области развития новых высокоэффективных конверсионных электрохимических литий-ионных аккумуляторов.
В ближайшие три года железнодорожная пассажирская компания намерена обустроить 38 пунктов высоковольтного отопления. Также в проработке вопрос по переходу на альтернативные источники энергии.
Титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. Основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны. Несмотря его преимущества, причиной, по которой его не могли применить в качестве катодных материалов, долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий почти достижимую удельную энергию аккумулятора. Исследователи из Сколтеха создали перспективный, коммерчески выгодный катодный материал на основе фторидофосфата титана.
Заказать звонок
- Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
- EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
- 3D-модель катода: о чём нам она говорит
- Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
- Содержание
- EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
НазваниеПовышение мощности разряда и эффективности заряд-разрядного цикла водородно-ванадиевого накопителя электроэнергии за счет оптимизации катодного материала. Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
Плотность энергии литий-ионных аккумуляторов может быть улучшена за счет сохранения заряда при высоких напряжениях за счет окисления оксидных ионов в материале катода. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия.
Заказать звонок
- 3D-модель катода: о чём нам она говорит
- Долговечный катод / Новости Энерговектор
- Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
- Учёные сделали то, что уже давно нужно было сделать
- КАТОД, сеть магазинов и СТО 2024 | ВКонтакте
Катод и анод
Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. 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.