Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении.
Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
Его внедрение на предприятиях не потребует перестройки производственной цепочки и, следовательно, больших вложений. Помимо этого, новая катодная масса будет в каждом аккумуляторе устройства, в то время как, например, выключатель прикрепляется только к одному из них, и если нагревание батареи начнется не с него, то сигнал о неполадках придет с опозданием. Еще один плюс проекта состоит в том, что изменения в катоде не отразятся на размере исходного изделия, что упростит масштабирование технологии в производство. Ребята планируют сотрудничать с производителями аккумуляторов для мобильных телефонов, бытовой техники и автомобилей, а также с изготовителями крупных промышленных батарей, например, для подводных лодок или электрокаров, предлагая предприятиям готовый продукт или лицензию на свою разработку. Студенты уже ведут переговоры с некоторыми компаниями. 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.
Литий-металлические батареи потенциально имеют гораздо более высокую плотность энергии, чем их литий-ионные аналоги. 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.
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.
В связи с этим ученые по всему миру пытаются найти ему равноценную замену. Например, литий можно заменить натрием, но до сих пор исследователям не удалось получить из него аккумулятор с такими же свойствами. 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.
Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации
Сохранить публикацию Согласно новому исследованию, возможно создание литий-ионной батареи, которая может заряжаться за считанные минуты, при этом работать с большой емкостью. Ученые не первый год думают о том, как заменить оксид лития-кобальта в катоде батареи на дисульфид ванадия. Специалисты из США разобрались, как сделать так, чтобы перспективный материал не сокращал срок службы аккумулятора. Новое открытие делает возможным быструю зарядку и высокую производительность литий-ионных аккумуляторов Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. Обычно анод делается из графита, а катод — из оксида лития-кобальта.
Эти материалы хорошо сочетаются вместе, но специалисты Ренсселерского политехнического института считают, что эффективность системы можно увеличить.
В CATL утверждают, что им удалось найти решения этих проблем. Так, в роли катода использовали материал под названием Prussian white ферроцианид железа, или выцветшая и окислившаяся берлинская лазурь с особой структурой, что решило проблему потери ёмкости. А для анода — пористый материал на основе твёрдого углерода, обеспечивший быстрое перемещение ионов натрия и высокий ресурс. При этом плотность энергии у получившейся батареи невелика: всего 160 ватт-часов на килограмм против 285 ватт-часов на килограмм в среднем у литий-ионных ячеек. В сравнении с литий-железо-фосфатными аккумуляторами натрий-ионные лучше работают при низких температурах и быстрее заряжаются.
Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода на катоде в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны.
При прохождении через такие скопления ионов лития что происходит в момент зарядки и разрядки аккумуляторов они захватывают электроны и восстанавливаются до металлического лития. На аноде такие процессы практически не наблюдались. Тем самым стало абсолютно понятно, что «во всём виноват катод» и исследователям необходимо более пристально изучить его для подавления процессов роста игл дендритов, которые в процессе работы аккумулятора буквально протыкают его насквозь до возникновения короткого замыкания. Своими выводами учёные поделились в статье в журнале Nature Communications, которая свободна доступна по этой ссылке.
Описание разработки было опубликовано в журнале Advanced Science 19 мая 2023 года. В связи с ростом использования электромобилей и систем хранения энергии в масштабах энергосистемы, необходимость изучения альтернатив литий-ионным батареям как никогда высока.
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.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
Этот процесс требует перестройки производства и специального оборудования, что связано с большими затратами. Кроме того, технологию сложно адаптировать для изготовления аккумуляторов разных видов и размеров. Идея нашей разработки в том, чтобы остановить короткое замыкание с помощью особой катодной массы. Она включает в себя три элемента: токопроводящую добавку — металл или сажу, активное вещество и полимерное связующее, состав которых мы и подбираем.
Капитан команды, магистрантка направления «Физика» Анна Никитенко «Во время нагрева аккумулятора благодаря уникальному составу нашего катода в нем возрастает сопротивление. Это ведет к тому, что ток перестает течь внутри аккумулятора и передаваться по внешней цепи. Температура больше не повышается, и аккумулятор возвращается в привычный режим работы», — рассказала капитан команды, магистрантка направления «Физика» Анна Никитенко.
Такой способ имеет ряд преимуществ. Его внедрение на предприятиях не потребует перестройки производственной цепочки и, следовательно, больших вложений. Помимо этого, новая катодная масса будет в каждом аккумуляторе устройства, в то время как, например, выключатель прикрепляется только к одному из них, и если нагревание батареи начнется не с него, то сигнал о неполадках придет с опозданием.
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. 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.
На их основе сделали катоды, а в качестве анодов использовали металлический литий и калий - все основные характеристики таких прототипов батарей, которые называются полуячейками, определяются катодной частью и ученые собирают их, чтобы быстро оценить возможности новых катодных материалов. PDPAPZ напротив оказался достаточно удачным материалом: литиевые полуячейки с этим полимером могли сравнительно быстро заряжаться и разряжаться, а также показали хорошую стабильность.
Они сохраняли до трети своей ёмкости даже после 25 тысяч рабочих циклов - если бы обычный аккумулятор в телефоне обладал такой же стабильностью, то его можно было бы ежедневно заряжать и разряжать на протяжении 70 лет. Таким образом, российские ученые показали, что разработанные полимерные катодные материалы можно использовать для создания эффективных литиевых и калиевых двухионных аккумуляторов. Добавьте новости "Курьер. Бердск" в избранное - и Яндекс будет показывать их выше остальных.
Если вы станете очевидцем чрезвычайного происшествия или чего-то необычного, вы можете делиться с нами новостями! Добавляйте в свои телефоны наш номер 8953-878-90-10 WhatsApp и подписывайтесь на аккаунт в Instagram. Напомним, делиться новостями вы по-прежнему можете на странице Курьер.
Они касались как улучшения параметров существующих приборов, так и создания совершенно новых изделий, которые раньше вообще не выпускались. От юбилея к юбилею Выступая на торжественном мероприятии в честь 60-летия компании, Владимир Локтионов рассказал об успехах «Катода» за последние пять лет. Предприятию есть чем гордиться. Гособоронзаказ выполнялсяв полном объеме и установленный срок. Качество изделий завода отменное — ни одного возврата товара от потребителей.
В бюджеты всех уровней катодовцы заплатили более 2 млрд рублей налогов. Отдельно Владимир Локтионов остановился на инвестиционной составляющей бизнеса. Три года назад, в 2016 году, компания запустила новый производственный корпус общей площадью 6000 кв. Этот инвестиционный проект дал возможность увеличить мощности производства и повысить качество выпускаемой продукции. Это позволило внедрить 17 новейших разработок и приступить к вводу нового изделия в серийное производство. Конечно, сложностей в работе добавилось, но мы находим ресурсы для работы и в этих условиях. А то, что американское правительство ввело санкции против новосибирской компании, только подчеркивает, что в нас видят сильного конкурента», — отметил Владимир Локтионов. Первые заказы уже поступили.
Успешную апробацию в ЦЕРНе Европейский центр ядерных исследований прошли опытные образцы последнего поколения фотоэлектронных умножителей. Мы были включены в перечень поставщиков в случае возможных проектов в этом направлении. Это небольшие деньги. Но это вопрос престижа. Предприятий, обладающих компетенциями для такого производства, в мире не так много», — рассказал Сергей Мурашкин. Работать с удовольствием Своими успехами предприятие обязано прежде всего людям, которые здесь работают.
«Катод»: трудно быть лидером
Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501 здорово всем народ сегодня решила разобрать и посмотреть что с этим зарядным устройством так как он работает неправильно. Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в. Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее.
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
| Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке | Профессор Нисихара и его команда полагают, что GMS-лист станет важной вехой в производстве углеродных катодов для литий-O2-батарей. |
| Ионные жидкости произвели фурор в твердотельных литий-металлических батареях следующего поколения | Необходимо изменить свойства как анодов, так и катодов. У первых хромает скорость заряда, а вторые не отличаются высокой ёмкостью. |
Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал.
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Корейцы не первые, кто разрабатывает натриево-ионные аккумуляторы. Но они пошли дальше и сделали попытку соединить в новых аккумуляторах лучшие технологии литиевых аккумуляторов и суперконденсаторов, слив воедино ёмкость, удельную мощность и скорость зарядки. 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.
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. 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.
Понравился материал? Добавьте Indicator. Ru в «Мои источники» Яндекс. Новостей и читайте нас чаще.
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. 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.
Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации
Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов. Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд. Построена модель термополевой электронной эмиссии из металлического катода с тонкой поверхностнойдиэлектрической пленкой при его температуре 200–400 К. Получено выражение.
Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
При зарядке аккумулятора литий из катода переходит в графит на аноде, в результате чего там получается соединение углерода и лития. Построена модель термополевой электронной эмиссии из металлического катода с тонкой поверхностнойдиэлектрической пленкой при его температуре 200–400 К. Получено выражение. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт.