Отрицательный заряд катода привлекает положительные ионы и приводит к образованию нейтральных частиц. Метка: катод. Литий-металлические аккумуляторы сохраняют 80% емкости после 6 000 циклов заряда-разряда – исследование. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов.
Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. «В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд. 3D-модель катода аккумулятора телефона под микроскопом показала, почему одни ячейки стареют быстрее, чем другие.
Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
| Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов | Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. |
| Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов - Eham | "В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. |
| КАТОД, сеть магазинов и СТО 2024 | ВКонтакте | Международный коллектив, в который вошли учёные Сколтеха и их коллеги из Франции, США и Швейцарии, обнаружил причину энергетических потерь в цикле заряда-разряда литий-ионных. |
Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах
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. Также считается, что его свойства помогают ускорить перенос ионов и диффузию в электролитах и катодных материалах, что даёт ему преимущество перед другими альтернативами литиевым батареям — такими, как магний и цинк. Однако на пути коммерческой жизнеспособности кальциевых батарей остаётся много препятствий.
Это стало возможно благодаря пористому углеродному катоду, в порах которого аккумулируется хлор во время перезаряда. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Литий-тионилхлоридные Li-SOCl2 источники тока называют предшественниками современных литий-ионных аккумуляторов.
Однако, у ученых так и не получилось сделать их перезаряжаемыми, а при коротком замыкании они иногда взрываются, разбрызгивая вокруг токсичный электролит. Из-за этого тионилхлоридные источники тока не обрели такого коммерческого успеха, какой впоследствии выпал на долю литий-ионных. Тем не менее они до сих пор используются в военной и профессиональной технике — например, в резервных источниках питания и GPS-навигаторах. Сделать перезаряжаемый тионилхлоридный элемент неожиданно сумели американские, китайские и тайванские ученые под руководством Хун Цзе Дая Hongjie Dai из Университета Стэнфорда. В тексте статьи сами авторы признались, что изначально не ставили себе таких амбициозных целей. Они планировали изучить и оптимизировать вариант Li-SOCl2 системы с более доступным натрием вместо лития.
Авторы изготовили плоскую ячейку с жидким электролитом и разделителем из кварцевых волокон.
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.
Этот металл добывается в ограниченном числе мест на Земле, и потому цена на него растет. 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.
Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях
Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Международный коллектив, в который вошли учёные Сколтеха и их коллеги из Франции, США и Швейцарии, обнаружил причину энергетических потерь в цикле заряда-разряда литий-ионных. Электрохимические процессы в LiIon аккумуляторах При разряде элементов питания ионы лития переносят заряд от анода к катоду.
Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов
Германскими учёными из Технологического института Карлсруэ (KIT) достигнуто повышение стабильности катодов литий-металлических аккумуляторов. КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта. После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая.
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
Статья с описанием изобретения опубликована в Nature Communications. Современные аккумуляторы для телефонов и электромобилей изготавливаются с использованием лития. Этот металл добывается в ограниченном числе мест на Земле, и потому цена на него растет. 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.
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. Все эти преимущества, вместе взятые, фактически произведут революцию в индустрии электромобилей. Это, в свою очередь, создаст огромную потребность в поставках лития во всем мире, что приведет к увеличению затрат на производство новых батарей если не будут разработаны способы безопасной и надежной утилизации старых Li-on батарей. Чтобы преодолеть это потенциальное узкое место в поставке аккумуляторных батарей, многие автомобильные компании сами разрабатывают более дешевые и устойчивые solid-state battery. Например, Toyota недавно объявила, что планирует добавить Ssbt-батареи в свои новые автомобили уже в 2021 году. Согласно отчету, опубликованному Nikkei Asia , это может позволить электромобилям предлагать запас хода в 310 миль 500 км на одной зарядке, а также быструю перезарядку с нуля до полной за 10 минут. General Motors вместе с SolidEnergy Systems организовал производство аккумуляторов Ultium с жидким электролитом, анодами на базе графита и катодов с комбинацией никеля, кобальта, марганца и алюминия. Это снизит потребность в дефицитных металлах, а также позволит удвоить плотность хранения заряда в аккумуляторах без ущерба для безопасности. В Китае появляются электромобили на альтернативных литий-железо-фосфатных аккумуляторах ЛЖФ. Они дешевле и менее токсичные, однако имеют меньшую емкость. Tesla и Volkswagen также обещают в ближайшие годы сократить использование кобальта. BMW и Ford нацелены использовать низкозатратную и эффективную технологию твердотельных аккумуляторов Solid Power в будущих электромобилях. Murata Manufacturing планирует в ближайшие месяцы развернуть серийное производство solid-state battery. Японская компания намерена поставлять их производителям наушников и других носимых устройств. Прорыв в области производства стал возможен за счет объединения технологии литий-ионных аккумуляторов, приобретенной у Sony, с процессами ламинирования, разработанными для производства многослойных керамических конденсаторов — основного вида продукции компании, базирующейся в Киото. Компания планирует начать производство полностью твердотельных Ssbt-батарей до начала 2022 года с серийностью до 100 000 аккумуляторов в месяц. Солевые батареи для электромобилей и солнечной энергетики Другие варианты для электромобилей и солнечной энергетики включают использование гибрида традиционных и твердотельных батарей. Один из ярких примеров — это батареи на солевой основе. Это своего рода квазитвердотельная QSS батарея. В этих экспериментальных батареях в качестве электролита и сепаратора батареи используются соли. Это решение интересно тем, что потенциально является безопасным, «зеленым», доступным по цене и полностью пригодным для вторичной переработки. Совместный исследовательский проект между Ноттингемским университетом Великобритания и шестью исследовательскими институтами Китая недавно объявил о некотором прорыве в этой области. Основываясь на тестах с использованием расплавленных солей, активируемых нагреванием, команда улучшила конструкцию, использовав вместо них твердые соли. Это изменение явилось результатом их предыдущих выводов о том, что расплавленные соли обладают высокой коррозионной активностью, летучестью и склонны к испарению и утечке. Если исследование этой международной группы ученых окажется плодотворным, оно может привести к новому и интересному решению для более безопасных и эффективных решений по хранению аккумуляторов для солнечных электростанций и автомобильной промышленности.
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. Следствием проделанной работы может стать появление намного более безопасных и долговечных батарей с твёрдым электролитом, которые будут невоспламеняемые и более энергоёмкие, чем привычные литиевые аккумуляторы с жидким электролитом.
Эксперты надеются, что дальнейшие эксперименты позволят еще больше увеличить эффективность новой конструкции. Ученые из Сколково продемонстрировали новую конструкцию электрода, который позволит электромобилям значительно увеличить дальность хода на одной зарядке. Depositphotos реклама Работа была проведена учеными Сколковского института науки и технологий и сосредоточена на работе катода - одного из двух электродов аккумуляторной батареи. Во многих литий-ионных элементах питания такой электрод состоит из слоистых оксидов переходных металлов, известных как NMC, богатых никелем и состоящих из частиц в форме октаэдра. Поэтому, когда две такие частицы сталкиваются друг с другом, между ними неизбежно остаются пустые места. Ученые смогли изменить структуру обычных NMC, изменив процедуру синтеза, постепенно добавляя инертную соль.
Последние комментарии
- Российские ученые создали эффективную замену литию в аккумуляторах - Новости
- Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
- Ионные жидкости произвели фурор в твердотельных литий-металлических батареях следующего поколения
- Новости технологий и науки
- Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
- EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал. Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый квазитвердотельный катод для твердотельных литий-металлических батарей со значительно сниженным. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении.
Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT
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. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия.