КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
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. Потому стоимость натрия и калия на порядки ниже, чем лития.
Такой вариант является для НПО "Катод" приоритетным. В этом случае оборудование будет поставлено в лизинг. Джизак Узбекистан начнется производство аккумуляторных батарей под маркой "Катод". Проектная мощность завода составит 1 млн АКБ в год. По словам Светланы Прусовой, на этот уровень завод планирует выйти к середине 2004 года. Ранее завод "Джизакаккумулятор" производил принципиально другие источники питания -- щелочные батареи. Для строительства на его площадях производства никель-кадмиевых аккумуляторов и было создано СП "УзЭксайд".
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. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия.
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.
Аккумуляторы будущего
Однако их размеры больше, чем у ионов лития, плюс ионы натрия склонны к образованию нежелательных примесей, которые сокращают срок службы батареи, а следовательно, они более требовательны к структурной устойчивости и кинетическим свойствам материалов катода и анода. 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.
Такой вариант является для НПО "Катод" приоритетным. В этом случае оборудование будет поставлено в лизинг. Джизак Узбекистан начнется производство аккумуляторных батарей под маркой "Катод". Проектная мощность завода составит 1 млн АКБ в год. По словам Светланы Прусовой, на этот уровень завод планирует выйти к середине 2004 года.
Ранее завод "Джизакаккумулятор" производил принципиально другие источники питания -- щелочные батареи. Для строительства на его площадях производства никель-кадмиевых аккумуляторов и было создано СП "УзЭксайд".
Что умеют программные роботы Исследуя сверхбыструю динамику заряда при помощи фемтосекундных лазерных импульсов, ученые обнаружили, что критическую роль в усилении выработки электроэнергии играет контроль уровня агрегации полимеризированных акцепторов Y6 Y6-PAs. Кроме того, Y6-PAs проявляют повышенную способность к смешиванию с донорскими полимерами по сравнению с маленькими молекулярными акцепторами того же типа. Эта смешиваемость обеспечивает формирование перколяционной сети на границе раздела в гетеропереходе. Перколяция, или просачивание не только повышает эффективность генерации заряда, но и существенно увеличивает стабильность полимерной морфологии. В итоге снижаются потери в производительности, возникающие в элементе под действием солнечного света.
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.
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
Кроме того, использование связующих и несоответствие между катодом и электролитом также могут вызывать побочные реакции. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру. Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке АО «Катод» обсудил вопросы поддержки воинских подразделений, участвующих в СВО. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование.
Аккумуляторы будущего
Также в проработке вопрос по переходу на альтернативные источники энергии.
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов 01. Просмотры: 64 Быстроразвивающаяся отрасль производства электромобилей рано или поздно столкнется с дефицитом лития — ключевого элемента для электрохимических аккумуляторов. Ученые ЮФУ предложили метод получения катодного материала на основе фторида железа с использованием уникальных нанопористых веществ — метал-органических каркасных структур MIL-88. Сейчас исследования в области разработки новых, обладающих уникальными характеристиками, материалов для электрохимических систем становятся еще более актуальными в связи с лавинообразным началом замены бензиновых автомобильных двигателей на электрические, и повсеместным распространением электронных гаджетов. Александр Солдатов — научный руководитель направления ЮФУ, профессор МИИ ИМ ЮФУ Ученые Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ провели исследование, в ходе которого предложили новый, простой и масштабируемый метод производства конверсионного катодного материала на основе фторида железа.
Макса Планка MPI-P исследовали микроструктуру твердотельных литиевых аккумуляторов, вдохновившись наблюдением за ростом сталактитов и сталагмитов в пещерах.
Первые растут сверху, а вторые — снизу. Похожим образом в твердотельных батареях растут дендриты из металлического лития. Но прежде никто не изучал вопросы, на каком электроде начинается рост дендритов и что его к этому подталкивает и, главное, как этого избежать. Поиски корней дендритов в электродах батарей.
Команда ученых из Университета Гонконга сосредоточилась на решении этой задачи. Они разработали новый тип молекулы-акцептора Y6, которая в случае полимеризации проявляет свойства, необходимые для получения стабильных органических фотоэлементов. Статья об открытии была опубликована в журнале Nature Communications, пишет Science Daily. Что умеют программные роботы Исследуя сверхбыструю динамику заряда при помощи фемтосекундных лазерных импульсов, ученые обнаружили, что критическую роль в усилении выработки электроэнергии играет контроль уровня агрегации полимеризированных акцепторов Y6 Y6-PAs. Кроме того, Y6-PAs проявляют повышенную способность к смешиванию с донорскими полимерами по сравнению с маленькими молекулярными акцепторами того же типа.
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта, который позволит увеличить пробег электрокаров на одной зарядке. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд. История «Катода» — это история развития наукоемкого бизнеса в России, который, несмотря на внутренние и внешние проблемы, все же достиг успеха и мирового признания. Что такое Анод и Катод? Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов.
Катод и анод
| Литий в лидерах: химические источники тока | Губернатор Андрей Травников во время выездного совещания на площадке АО «Катод» обсудил вопросы поддержки воинских подразделений, участвующих в СВО. |
| Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D | Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. |
| Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT | После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая. |
Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке
Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. «В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза. Что такое Анод и Катод? С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов.
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
Еще одна важная деталь - сферические частицы минимизируют поверхностный контакт с электролитом батареи, что замедляет деградацию катода. Это позволяет уменьшить размер катодов, сделать батареи более компактными и, следовательно, увеличить емкость хранения энергии при том же объеме. Дополнительным бонусом является то, что материал значительно медленнее деградирует". Исследование было опубликовано в журнале Energy Advances.
Источники: Сколковский институт науки и технологий, journal Energy Advances.
Ещё в прошлом десятилетии начались эксперименты по увеличению размеров частиц марганца, но до сих пор они преимущественно имели поликристаллическую структуру. 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.
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. Теперь им удалось создать квазитвердый катод из оксида лития-кобальта LiCoO 2 , который содержит ионную жидкость при комнатной температуре. Ионные жидкости состоят из положительных и отрицательных ионов; они также могут транспортировать ионы. При заполнении пустот межфазное сопротивление значительно уменьшилось. Метод команды имеет и другие преимущества. Ионные жидкости не только обладают ионной проводимостью, но и почти нелетучи и обычно негорючи. Они также оказывают минимальное влияние на суспензию, из которой формируется катод, практически не затрагивая производственный процесс.
Например, использование альтернативных керамических электролитов имеет гораздо меньшую вероятность возгорания. Керамические материалы также помогают предотвратить образование литиевых нитей, которые теоретически могут позволить таким батареям работать при гораздо более высоких напряжениях. Однако керамика достаточно хрупкий материал и может оказаться проблематичным при эксплуатации и производстве. 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.