Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. 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. В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод.
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО Фото: пресс-служба правительства Новосибирской области Новосибирское оборонное предприятие «Катод» поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в пресс-службе правительства области. 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.
О новой работе учёные рассказали в журнале Energy Storage Materials. 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.
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. 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.
Дело в том, что оба вещества состоят из одних и тех же атомов, но соотношение между элементами разное. И кристаллическая решетка тоже», — поясняют авторы. Такие аккумуляторы будут примерно равны по емкости натрий-ионным аккумуляторам других типов, но зато будут дольше служить и храниться. Ученые надеются, что их изобретение применят в питании электробусов и для запасания энергии солнечных и ветряных электростанций, где удельная емкость не так важна. Кроме того, катоды из нового материала сохраняют работоспособность при низких температурах, что важно для России.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
| Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО | Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. |
| EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта, который позволит увеличить пробег электрокаров на одной зарядке. |
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
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. 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.
Мы оказываем им различные виды помощи», — подчеркнул губернатор. Как сообщили Накануне. RU в пресс-службе губернатора и правительства Новосибирской области, «Катод» — это высокотехнологичное предприятие с собственной научной базой, которое тесно сотрудничает в разработках и исследованиях с институтами СО РАН. Предприятие осуществляет разработку и выпуск оптикоэлектронных приборов и комплектующих: электронно-оптических преобразователей, приборов ночного видения, фотоумножителей и. И можно сказать, что это производство уникальное — серийный выпуск ЭОП 3-го поколения сегодня налажен только в двух странах: в России — на «Катоде» и в США. Современные приборы ночного видения, произведенные «Катодом», уже поставлены для снабжения новосибирских бойцов.
Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Также с применением новых катодов могут быть созданы калиевые двухионные аккумуляторы, не использующие дорогостоящий литий. Результаты работы опубликованы в журнале Energy Technology. Человечество производит и потребляет все больше электричества, и вместе с этим растет 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.
Также с применением новых катодов могут быть созданы калиевые двухионные аккумуляторы, не использующие дорогостоящий литий. Стандартный литий-ионный аккумулятор - это ячейка объем которой заполнен литий-содержащим электролитом и разделен сепаратором на две части Российские исследователи из «Сколтеха», РХТУ и ИПХФ синтезировали новые катодные материалы на основе полимеров и испытали их в литиевых двухионных батареях. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Результаты работы опубликованы в журнале Energy Technology. 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.
Аккумуляторы будущего
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.
Об этом сообщили в пресс-службе компании. 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.
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. Устройство гальванической цепи.
Из этой мощности только первая составляющая расходуется на проведение реакций, остальные являются тепловыми потерями процесса. Лишь при электролизе расплавленных солей часть теплоты, выделяющейся в электролите IUэ, используется полезно, так как расходуется на расплавление загружаемых в электролизер солей. Эффективность работы электролизной ванны, может быть оценена массой вещества в граммах, выделяемого на 1 Дж затраченной электроэнергии. Эта величина носит название выхода вещества по энергии. Это «ГОСТ 15596-82. Термины и определения». Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом». То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». Термины выделены мной.
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. 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?
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
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.
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.
Благодаря этому ионы лития будут свободнее перемещаться в катоде. Новый материал позволяет не только сократить время зарядки аккумуляторов, но и продлить их срок службы в три раза. А к 2025 году объемы производства будут увеличены в десять раз. Как объяснили представители компании, катоды нового типа не будут требовать при производстве кобальта или никеля.
Это распространенные железо, марганец и титан. Титан — лёгкий серебристо-белый металл. Он находится на 10-м месте по распространённости в природе. Титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью.
Они рассматриваются как будущее батарей, приводящих в действие транспортные средства и энергосистемы в огромных масштабах. Однако технические проблемы не позволяют твердотельным литий-металлическим батареям найти применение в требовательных приложениях. 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.
Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
В сравнении с литий-железо-фосфатными аккумуляторами натрий-ионные лучше работают при низких температурах и быстрее заряжаются. 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.
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. Демонстрация прототипов аккумуляторов нового поколения намечена разработчиками на четвёртый квартал текущего года.
Химики под руководством профессора Сорбоннского университета Франция Жана-Мари Тараскона сделала большой шаг к созданию практически полезных аккумуляторов на основе натрия. Они создали перспективный для создания аккумуляторов материал, который состоит из оксидов лития, натрия и марганца и детально изучили его свойства. Благодаря сложной слоистой структуре подобные материалы можно использовать в натрий-ионных батареях, поскольку в них можно и хорошо запасать энергию, и извлекать из них. Проблема заключалась в том, что катоды на основе подобных соединений отличаются относительно низким содержанием ионов натрия и энергоемкостью. Вдобавок в присутствии паров воды они становятся крайне нестабильными. Тараскон и его коллеги решили обе этих проблемы.
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. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
Органические материалы, составляющие катод, в котором функциональные группы в ходе реакций заряда и разряда попеременно окисляются и восстанавливаются. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. 3D-модель катода аккумулятора телефона под микроскопом показала, почему одни ячейки стареют быстрее, чем другие.
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
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. Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Новости электроники, справочник радиолюбителя, электронные компоненты, радиодетали. Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке АО «Катод» обсудил вопросы поддержки воинских подразделений, участвующих в СВО.
Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
| Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации | «В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). |
| Наука РФ - официальный сайт | Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. |
| Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT | Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. |
Группа "Катод" усиливает заряд
Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке АО «Катод» обсудил вопросы поддержки воинских подразделений, участвующих в СВО. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев".