Известно, что многослойные катоды LMR подвержены явлению, известному как «утечка напряжения», которое влечет за собой быстрый износ катодов и потерю заряда в батарее. История «Катода» — это история развития наукоемкого бизнеса в России, который, несмотря на внутренние и внешние проблемы, все же достиг успеха и мирового признания. Главная» Новости» Катод имеет заряд.
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
Несмотря на все преимущества таких аккумуляторов, у них есть и недостатки: например, медленная скорость зарядки, взрывоопасность и низкая энергетическая емкость, которая ограничивает производство и использование электромобилей. 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.
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.
Его конструкция различна, порой имеет рёбра для теплоотвода. Сетка — элемент, расположенный посередине, управляет потоком частиц. Чаще всего она выполнена в виде спирали, обвивающей катод. Чем больше площадь поверхности катода, и чем сильнее он разогрет, тем больший ток протекает через лампу.
Если рассматривать полупроводниковый диод, то его электроды также носят название «катод» и «анод». При прикладывании к нему прямого напряжения: положительный заряд к аноду, диод открыт. Если положительный потенциал приходит на катод, диод закрыт. Такой диод имеет p-n переход между двумя этими областями и требователен к приложенной полярности. Вывод элемента из p-области именуется «А», из n-области — «К». Полупроводниковый диод Знак анода и катода Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается.
В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент. При электролизе окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП минусом «-» обозначают катод. Именно на нём восстанавливаются металлы, из-за избытка электронов. Знаки зарядов при электролизе В гальваническом элементе окисление происходит без внешнего воздействия электричества. Если взять в качестве примера медно-цинковую батарею, то большое количество электронов минус скапливается на аноде.
В этом случае возгорания не произойдет и техника уцелеет, но аккумулятор спасти не удастся. К тому же выключатель значительно увеличивает размеры конечного изделия. Другой метод борьбы с короткими замыканиями — нанесение на катод терморезисторного слоя.
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.
Катод и анод
Катод будет иметь чистый отрицательный заряд в электролитических элементах, таких как одноразовая батарея, и положительный заряд. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны.
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
Однако, с этим видом аккумуляторов есть серьезная проблема: в состав их катодов входит кобальт, более половины запасов которого находится в одной стране — Демократической республике Конго. 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.
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. 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.
Большинство разработок в области Ssbt-технологий, как правило, делятся на две категории — неорганические и органические твердые электролиты. Первые — в виде керамики, лучше всего подходят для жестких аккумуляторных систем, которые должны работать в суровых условиях окружающей среды, например, при высоких температурах. Вторые — в виде полимеров, легкие в обработке и, следовательно, дешевле , лучше всего подходят для гибких устройств. Основные месторождения кобальта находятся в Демократической Республике Конго. С стране постоянны перебои в цепи поставок и зафиксированы случаи использования детского труда — это оттолкнуло многие компании от заказов у данного поставщика. Есть опасения экспертов, что пока что рынок наблюдает только рост цен на кобальт, но к концу 2021 года может столкнуться с дефицитом металла. В чем разница между твердотельными и литий-ионными батареями? Прежде чем мы перейдем к определению, что такое твердотельный аккумулятор или Solid-state battery technology, стоит вкратце рассказать, что такое литий-ионный аккумулятор и как он работает. Анод — сделан из углерода в литий-ионных батареях , а также хранит литий. Сепаратор — этот материал, как ни странно, разделяет анод и катод, а также блокирует поток электронов, но позволяет ионам проходить через него. Электролит — это жидкость, которая разделяет два электрода и переносит катионы лития от анода к катоду при разрядке и, наоборот, при зарядке. Коллекторы тока — как положительные, так и отрицательные. Когда батарея подключена к электронному устройству, положительно заряженные ионы движутся от анода батареи к ее катоду. Это заставляет катод становиться положительно заряженным по сравнению с анодом , что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов. Сепаратор в батарее включает электролиты, которые образуют катализатор для ускорения процесса и перемещения ионов и электронов к аноду и катоду. Этот процесс приводит к появлению свободных электронов на аноде, что создает заряд на положительном токосъемнике батареи. Затем электрический ток течет от коллектора тока через устройство и обратно к коллектору отрицательного тока батареи. Когда литий-ионные батареи заряжаются, происходит тот же процесс, но в обратном направлении, восстанавливая батарею для разряда. В твердотельных Ssbt-батареях используется твердый электролит, а не жидкий. Этот твердый электролит имеет тенденцию действовать как разделитель аккумулятора. В остальном, процесс очень похож на процесс с литий-ионными батареями, но варьируется в зависимости от типа рассматриваемого твердотельного аккумулятора например, натрий-ионный и т. Преимущества твердотельных батарей перед традиционными Одно из главных преимуществ — безопасность. Жидким электролитам присущи некоторые проблемы. При более высоком напряжении внутри электролитов образуются нити металлического лития, что со временем увеличивает риск короткого замыкания батареи. Поэтому, электролиты в современных литий-ионных батареях легко воспламеняются. Именно здесь твердотельные батареи обеспечивают гораздо больший уровень безопасности, чем литий-ионные батареи. 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.
В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки. Для облегчения электронной эмиссии как правило, делается с нанесением металлов с малой работой выхода электрона и дополнительно подогревается. Различают катоды прямого накала, где нить накала непосредственно является источником электронов, и косвенного, где катод подогревается через керамический изолятор. Катод у полупроводниковых приборов[ править править код ] Название электродов у кремниевого диода и изображение диода на схемах Электрод полупроводникового прибора диода , тиристора , подключенный к отрицательному полюсу источника тока, когда прибор открыт то есть имеет маленькое сопротивление , называют катодом, подключённый к положительному полюсу — анодом , т. При работе электролизера например, при рафинировании меди внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов отрицательный заряд , здесь происходит восстановление металла, это катод.
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
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.
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.
Использование новых кислородно-окислительно-восстановительных материалов для увеличения плотности энергии катода может стать прорывом, но реализация полного потенциала этой новинки в промышленных масштабах была затруднена. Причиной тому структурные изменения, которые испытывает материал во время первой зарядки, изменения эти, в основном, необратимы и приводят к значительному падению доступного напряжения при последующих разрядках и будущих циклах.
Ученые говорят о приближении технологии аккумуляторов на водной основе к коммерческому применению. Однако пока что неизвестно, можно ли разработать долговечный прототип.
Недавно ученые также представили опытный образец водного аккумулятора, который может полностью заряжаться и разряжаться всего за несколько секунд.
Катод и анод
| - Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов | Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. |
| «Катод»: трудно быть лидером | Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. |
Катод и анод
Один из способов исследования включает накопление заряда на ионах оксидов, а также на ионах переходных металлов. Использование новых кислородно-окислительно-восстановительных материалов для увеличения плотности энергии катода может стать прорывом, но реализация полного потенциала этой новинки в промышленных масштабах была затруднена. Причиной тому структурные изменения, которые испытывает материал во время первой зарядки, изменения эти, в основном, необратимы и приводят к значительному падению доступного напряжения при последующих разрядках и будущих циклах.
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.
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. Понравился материал?
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 особенности заторможенной может быть передача электронов между катионами переходного металла и атомами кислорода, что как раз и приводит к энергетическим потерям», — рассказывает директор Центра энергетических технологий CEST Сколтеха профессор Артём Абакумов. Мы убедительно показали отсутствие таких необратимых процессов с использованием просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Этот прибор обеспечивает пространственное разрешение до 0,06 нм, что позволяет получать изображения кристаллических структур с атомным разрешением», — отмечает аспирант Сколтеха Анатолий Морозов. В этой работе мы использовали не только изображения структур, но и смогли провести спектральный анализ электронного состояния катионов никеля и титана, а также анионов кислорода в разных состояниях заряда аккумулятора.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
Петербургская группа "Катод" рассчитывает стать крупнейшим производителем аккумуляторов в России. Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый квазитвердотельный катод для твердотельных литий-металлических батарей со значительно сниженным. 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. «В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления.
Ученые создали долговечный катод для натрий-ионных аккумуляторов
Батарея пережила 200 циклов заряда и разряда, сохраняя кулоновскую эффективность отношение заряда, который батарея отдает при разряде, к тому, который необходим для заряда около 99 процентов. Чтобы выяснить причины такой неожиданной стабильности, авторы аккуратно вскрыли батарею и изучили ее содержимое с помощью сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и масс-спектрометрии. Они обнаружили, что во время первого разряда образующийся NaCl в основном осел на пористом углеродном катоде, а при последующем заряде хлорид ионы из NaCl окислились до молекулярного хлора Cl2. При последующем разряде хлор снова восстанавливается до хлорид-иона Cl-. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. Хлор — активный газ, который может вступить в реакцию и с анодом и с компонентами электролита, но пока он находится в порах катода, вся система остается стабильной. Причем, судя по всему, для удерживания хлора лучше всего подходят микропоры размером менее 2 нанометров. Чтобы проверить эту гипотезу, авторы изготовили несколько ячеек с катодом из другого пористого материала — ketjenblack carbon black. Этот материал имеет удельный объем пор даже больше, чем у аморфных углеродных наносфер, но большая часть его приходится на мезопоры размером от 2 до 50 нанометров. Ячейка с крупнопористым катодом из ketjenblack carbon black тоже показала обратимый разряд и заряд, но проработала всего сорок циклов, а затем ее кулоновская эффективность резко стала уменьшаться.
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.
С электродами из таких материалов аккумуляторы могут еще быстрее заряжаться и разряжаться». Стандартный литий-ионный аккумулятор — это ячейка объем которой заполнен литий-содержащим электролитом и разделен сепаратором на две части — в одной находится анод, а в другой катод. В заряженном состоянии большинство атомов лития встроены в кристаллическую структуру анода, а при разряде они выходят из анода и через сепаратор проникают в катодный материал. В двухионных аккумуляторах, с которыми работали российские ученые, в электрохимических процессах участвуют не только катионы электролита то есть катионы лития , но и анионы, которые то встраиваются, то выходят из структуры катодного материала. За счет этого двухионные аккумуляторы часто могут заряжаться быстрее, чем обычные литий-ионные. Кроме того, в работе была еще одна новация.
В некоторых экспериментах ученые использовали не литий-содержащие электролиты, а калий-содержащие и так получали калиевые двухионные аккумуляторы, для работы которых не нужно дорогого лития.
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.
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. Заряд перестает передаваться по внешней цепи, оставаясь внутри аккумулятора. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза. Отрицательный заряд катода привлекает положительные ионы и приводит к образованию нейтральных частиц.
Как устроена Li-ion ячейка?
- Подписка на дайджест
- В КНР ученые нашли пагубное влияние черного чая на легкие — ведет к онкологии
- Прорыв в органических фотоэлементах
- Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
- Аккумуляторы будущего
- Как устроена Li-ion ячейка?