Аккумуляторы на базе таких катодов могут обладать плотностью хранения заряда, превосходящей LFP-батареи как минимум в два раза.
Подписка на дайджест
- Серебряно-цинковые
- Прорыв в органических фотоэлементах
- Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды
- От анода до катода
- Группа "Катод" усиливает заряд
Новый материал катода ускорит зарядку литий-ионных батарей
Тяговые батареи нового поколения могут быть созданы на основе перспективных катодных материалов, представляющих собой сложные оксиды лития и переходных металлов с избыточным содержанием лития. Такие материалы обеспечивают рекордную на сегодняшний день электрохимическую ёмкость за счёт участия в окислительно-восстановительных реакциях как катионов переходных металлов никель и кобальт , так и анионов кислорода. К сожалению, из-за разницы напряжений заряда и разряда гистерезис напряжения работа такого аккумулятора сопровождается потерями энергии, что создаёт препятствие для практического использования. Одновременно катодный материал должен отдать или принять эквивалентное количество электронов, чтобы сохранить электронейтральность. В нашей работе показано, что кинетические затруднения и энергетические барьеры связаны не только с перемещением катионов лития, но в значительной степени с перемещением электронов.
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. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю. У них анод — это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод — это электрод, где протекают восстановительные процессы.
В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. Не путать с направлением электронов. Как работает батарейка. Основные свойства катодов Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания эмиссии электронов.
Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током. Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы: катоды прямого накала, катоды косвенного накала подогревные. Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов. Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии.
Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток. Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии. Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода. Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку керн «активируют» — покрывают пленкой другого элемента.
Такие катоды называются активированными. Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна , то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна. Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки. При покрытии керна электроотрицательной пленкой, например кислородом, работа выхода катода увеличивается. Подогревные катоды выполняются в виде никелевых гильз, поверхность которых покрывается активным слоем металла, имеющим малую работу выхода.
Внутри катода помещается подогреватель— вольфрамовая нить или спираль, подогрев которой может осуществляться как постоянным, так и переменным Как работает гальванизация. Как работает гальванизация. Для изоляции подогревателя от гильзы внутренность последней покрывается алундом Аl2O3.
Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Эта хорошо изученная проблема ранее не находила решения, что значительно ограничивает производительность LiB и их общий потенциал. В последнее время наблюдается всплеск интереса к классу материалов LMR, характеризующихся уникальной O2-многослойной структурой.
Выявилось, что эти материалы демонстрируют меньшее падение напряжения по сравнению с обычными LMR со структурой O3-типа, а также дают возможность точнее отрегулировать локальную структуру изначально нестабильной сотовой решетки. Профессор Лю и его коллеги смогли сконструировать новый катод LMR со стабилизированной сотовой структурой. Они ввели ионы переходного металла TM в слои лития выше или ниже сотовой структуры, чтобы повысить ее стабильность.
Поиски корней дендритов в электродах батарей. Подход позволяет создать карту распределения зёрен кристаллов в поликристаллических материалах и отобразить межзёренные границы. Также KPFM даёт возможность измерить потенциалы на поверхности материала оценить величину заряда. 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.
Аккумуляторы будущего
| Электрохимические процессы при зарядке акб: особенности зарядки литий ионных аккумуляторов | Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. |
| Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде | CoLab | Заряд перестает передаваться по внешней цепи, оставаясь внутри аккумулятора. |
| Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО — РБК | Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. |
| Новости | Проект Заряд | К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. |
Ионные жидкости произвели фурор в твердотельных литий-металлических батареях следующего поколения
Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта, который позволит увеличить пробег электрокаров на одной зарядке. Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. 29 июля команда сети магазинов "КАТОД" приняла участие в забеге Trail Run от "Гонки Героев". 3D-модель катода аккумулятора телефона под микроскопом показала, почему одни ячейки стареют быстрее, чем другие. «В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). Новосибирское оборонное предприятие Катод поставило приборы ночного видения воинским подразделения из региона, участвующим в спецоперации, сообщили в.
Серебряно-цинковые
- Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
- Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов - Eham
- Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
- Последние новости:
- Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
- Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
Группа "Катод" усиливает заряд
Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод.
Автоматическое зарядное устройство КАТОДЪ-501
| В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото) | Знание того, какой заряд имеет катод, является ключевым для понимания его функции и влияния на электролитические. |
| Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях | НазваниеПовышение мощности разряда и эффективности заряд-разрядного цикла водородно-ванадиевого накопителя электроэнергии за счет оптимизации катодного материала. |
| Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор | Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд). |
| Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах | История «Катода» — это история развития наукоемкого бизнеса в России, который, несмотря на внутренние и внешние проблемы, все же достиг успеха и мирового признания. |
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде). Новости металлургической отрасли. Магнитогорский завод прокатных валков запустил комплекс по приготовлению формовочных смесей. Органические материалы, составляющие катод, в котором функциональные группы в ходе реакций заряда и разряда попеременно окисляются и восстанавливаются.
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
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. Ячейки с катодом из литий-железо-фосфата LiFePO4 выдерживают большие токовые нагрузки, отличаются морозоустойчивостью, химической стабильностью и ресурсом свыше 2000 циклов. Но номинальное напряжение у них ниже — 3,2—3,3 В.
Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее.
Эта хорошо изученная проблема ранее не находила решения, что значительно ограничивает производительность LiB и их общий потенциал. В последнее время наблюдается всплеск интереса к классу материалов LMR, характеризующихся уникальной O2-многослойной структурой. Выявилось, что эти материалы демонстрируют меньшее падение напряжения по сравнению с обычными LMR со структурой O3-типа, а также дают возможность точнее отрегулировать локальную структуру изначально нестабильной сотовой решетки. Профессор Лю и его коллеги смогли сконструировать новый катод LMR со стабилизированной сотовой структурой.
Они ввели ионы переходного металла TM в слои лития выше или ниже сотовой структуры, чтобы повысить ее стабильность.
Используя метод ионного обмена то есть систему для эффективного удаления или растворения ионов , исследователи превратили комбинированный материал на основе натрия, лития, марганца и никеля в желаемый катод LMR O2-типа. Преимущество нашего катода LMR заключается в значительно более низком спаде напряжения при использовании батареи по сравнению с традиционными катодами», — пояснил профессор Лю. В тестовых испытаниях новый катод, обогащенный литием, показал себя успешно, подтвердив возможности продлить срок службы и повысить производительность литий-ионных аккумуляторов.
Однако основное внимание при тестировании было уделено тому, насколько удалось преодолеть недостатки, вызываемые явлением «утечки напряжения». По оценке исследователей, эта давняя проблема была почти полностью устранена. Теперь исследовательская группа ставит перед собой задачу поиска решения еще одной сложной проблемы катодных материалов LMR — гистерезиса напряжения.
Такие катоды могут выдерживать до 25000 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. 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.