Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны.
КАТОД, сеть магазинов и СТО
Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются.
Учёные сделали то, что уже давно нужно было сделать
- Группа "Катод" усиливает заряд
- Последние комментарии
- Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
- Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
- Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
Ионные жидкости произвели фурор в твердотельных литий-металлических батареях следующего поколения
Ученые давно пытаются решить эту проблему. Для этого они совершенствуют устройство уже существующих батарей, а также пытаются создать батареи на основе не солей лития, а других соединений. В частности, среди таких соединений - чистый литий, соединения натрия, серы, калия и других элементов. 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.
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. Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело? А всё дело в том, что, например, деталь, опущенная в электролит для никелирования или для электрохимического полирования, может быть и анодом и катодом в зависимости от того наносится на нее другой слой металла или, наоборот, снимается. Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах — зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется. В зависимости от этого назначение электродов будет разным. При зарядке положительный электрод будет принимать электрический ток, а отрицательный отпускать. При разрядке — наоборот. При отсутствии движения электрического тока разговоры об аноде и катоде бессмысленны. Фарадей в январе 1834г. Каковы же причины введения новых терминов в науку Фарадеем? А вот они: «Поверхности, у которых, согласно обычной терминологии, электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов». В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора. Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов. Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца. Обозначение анода и катода Обозначение анода и катода Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток — анодом, а ту, которая направлена на запад — катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод — путь солнца вверх, катод — путь солнца вниз. Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим. Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса. В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях.
Они определили, что литий вызывает асимметрию в атомах ванадия, из-за которого разрушались хлопья VS2. Но если покрыть их нанослоем дисульфида титана, это повысит стабильность материала и улучшит его производительность в батарее. Решив эту проблему, ученые увидели, что электроды VS2-TiS2 работают с высокой удельной емкостью, то есть запасать большой заряд на единицу массы. На смену литий-ионным аккумуляторам могут прийти термобатареи. Они хранят в шесть раз больше энергии, а срок их службы — свыше 20 лет. В Австралии уже запускают их производство.
В последнем случае выбор производителей всё чаще падает на литиевые батареи с фосфатом железа. Низкую плотность хранения заряда LFP-батареи компенсируют увеличением массы катода и всего аккумулятора, поэтому часть выгоды теряется, хотя стоимость материалов, используемых в батареях типа LFP, в три раза ниже. Южнокорейский стартап SMLAB заявил о создании первого в мире материала для катода литиевых аккумуляторов, использующего монокристаллическую структуру на основе марганца и никеля.
Ученые разработали новый тип катода для аккумуляторов
Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
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.
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.
Американские ученые в ходе исследований не только нашли причину нестабильности, но и способ устранить ее. Они определили, что литий вызывает асимметрию в атомах ванадия, из-за которого разрушались хлопья VS2.
Снаружи их защищает прочный герметичный корпус из металла.
Электроды соединяют с клеммами-токосъемниками. Особенности анода Углеродным материалам графиту, саже, коксу свойственно обратимо встраивать катионы лития в пространства между слоями с минимальным увеличением удельного объема. Это важно, чтобы исключить риск возникновения огромных внутренних напряжений и вызываемого ими разрушения активных материалов.
Удачным экспериментом стало использование в роли анодного материала пентатитаната лития — Li4Ti5O12. Но номинальный вольтаж у них составляет 2,4 В. Особенности катода В роли катода используют разные соединения лития, и от их выбора зависят характеристики аккума.
Так, для получения высокотоковых ячеек используется катодный материал LiMn2O4. Для увеличения проводимости в активную массу катода включают электропроводные добавки. Оксиды кобальта обеспечивают Li-ion аккумуляторам большое напряжение 3,7 В и солидный запас емкости.
Иногда для изготовления катода используют смешанные оксиды или фосфаты, которые улучшают эксплуатационные характеристики элементов питания.
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.
Содержание
- Содержание
- Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
- 3D-модель катода: о чём нам она говорит
- Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
- Катод — Википедия
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
Но если покрыть их нанослоем дисульфида титана, это повысит стабильность материала и улучшит его производительность в батарее. Решив эту проблему, ученые увидели, что электроды VS2-TiS2 работают с высокой удельной емкостью, то есть запасать большой заряд на единицу массы. На смену литий-ионным аккумуляторам могут прийти термобатареи. Они хранят в шесть раз больше энергии, а срок их службы — свыше 20 лет. В Австралии уже запускают их производство.
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. Созданный нами новый материал продемонстрировал превосходные характеристики при плотностях тока до 200 С полный заряд и разряд аккумулятора происходит всего за 18 секунд.
Но номинальное напряжение у них ниже — 3,2—3,3 В.
Кроме экспериментов с разными материалами, изучается возможность покрытия катода тонкодисперсными оксидами. Электрохимические процессы в Li-ion аккумуляторах При разряде элементов питания ионы лития переносят заряд от анода к катоду. Они временно покидают графит анода и встраиваются в кристаллическую решетку оксида на катоде. Во время зарядки аккумулятора протекает обратный процесс: ионы Li покидают катод, проходят через электролит и встраиваются в структуру анода, раздвигая слои его углеродной матрицы. После многократных циклов работы в структуре Li-ion аккумуляторов наблюдаются изменения: ионы Li утрачивают исходное положение; электролит реагирует с литием; постепенно образуются и растут игольчатые кристаллы — дендриты, которые пронизывают слой электролита и создают риск короткого замыкания. В итоге снижается производительность элементов питания: в процессе зарядки АКБ не восполняет заявленную емкость, а при работе — хуже отдает токи в нагрузку и быстро разряжается. При значительных структурных изменениях происходит внутреннее короткое замыкание. Такие элементы питания нельзя восстановить и необходимо утилизировать или отправить на переработку. Как замедлить электрохимическую деградацию? Основные факторы, способствующие быстрому износу Li-ion аккумуляторов и их преждевременному выходу из строя, это: глубокий разряд;.
На заводе вот уже 15 лет работает медицинский пункт, где сотрудники могут пройти медицинское обследование. Традиционно компенсируется питание в столовой, также пережившей реконструкцию. Довольно много внимания уделяется спорту — «Катод» проводит как минимум четыре серьезных спартакиады среди работников. Особое отношение культивируется здесь к молодым специалистам и ветеранам труда. Для талантливой молодежи есть несколько программ поддержки: от выделения беспроцентной ссуды на приобретение жилья до оплаты арендованного жилья.
Пенсионеры, проработавшие на предприятии более 10 лет, получают от «Катода» надбавку к пенсии. И это еще не все социальные программы, которые существуют в компании», — рассказал «Континенту Сибирь» генеральный директор АО «Катод» Анатолий Еременко. Значимость АО «Катод» для обороноспособности страны и экономики Новосибирской области подчеркивал состав гостей, пришедших поздравить сотрудников предприятия с юбилеем. Слова признательности и поздравления в этот день звучали от представителей администрации президента РФ, Совета Федерации РФ, правительства Новосибирской области и Законодательного собрания региона, мэрии Новосибирска и Совета депутатов города. Много теплых слов было сказано многолетними партнерами компании.
Так, представитель АО «Рособоронэкспорт», подчеркнул, что благодаря таким предприятиям, как «Катод», Россия называется высокотехнологичной державой. Спасибо коллективу и Владимиру Ильичу Локтионову, который создал этот коллектив, и тем молодым сотрудникам, которые перенимают эстафету и будут нести звание высокотехнологичного предприятия и дальше», — отметил замначальника департамента оборонных технологий и космоса АО «Рособоронэкспорт» Станислав Андруковский. АО «Катод» — наукоемкая промышленная компания-производитель электронной продукции с полным технологическим циклом, получившая в прошлом году звание «Лучший экспортер года Новосибирской области». Есть на кого равняться А заместитель губернатора Новосибирской области Сергей Сёмка поздравляя коллектив «Катода» с юбилеем, отметил, что благодаря нашим производителямво всем мире знают, что есть такой регион в Сибири — Новосибирская область. Он флагман всей наукоемкой промышленности, малого и среднего бизнеса в Новосибирской области», — подчеркнул Сергей Сёмка.
На правах рекламы Редакция «КС» открыта для ваших новостей. Присылайте свои сообщения в любое время на почту news ksonline. Подписывайтесь на канал «Континент Сибирь» в Telegram , чтобы первыми узнавать о ключевых событиях в деловых и властных кругах региона. Нашли ошибку в тексте?
Катод и анод
Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
Хотя поиск лучшей ионной жидкости остается сложной задачей, эта идея обещает новые направления в разработке твердых литиевых батарей для практического применения.
Но поскольку мы ищем лучшие решения с более высокой плотностью энергии, ученые обращаются к твердотельным литий-металлическим батареям. 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.
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. 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.
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.
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). Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. "В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта, который позволит увеличить пробег электрокаров на одной зарядке. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор.
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
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. 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.
Такой подход позволил изменить октаэдрическую форму частиц на сферическую. В отличие от поликристаллов, частицы порошка не имеют внутренней структуры, поэтому на границах зерен нет пустот. Кроме того, в один и тот же ограниченный объем можно уместить больше монокристаллов сферической формы, чем октаэдрической, поэтому и плотность получается больше". Микроскопическое изображение сферических частиц, составляющих перспективный электрод нового аккумулятора Ivan Moiseev et al. Ученые считают, что путем дальнейших экспериментов можно значительно улучшить результат. Например, смешивая более мелкие и более крупные частицы.
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. В более ранних работах авторы также пробовали использовать полимерные материалы в качестве катодов, однако тогда они экспериментировали только с линейными молекулами. Теперь ученые решили использовать для синтеза соединения, образующие трехмерную структуру.
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. 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.