С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. В новой работе авторы также представили катоды для таких аккумуляторов на основе полимерного соединения дигидрофеназина, который призван заменить собой кобальт. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов. Более того, использование органических катодов позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих соединений лития, заменив их на дешевые соли натрия и калия. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор.
Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
Telegram 0 Совместный исследовательский проект ученых из Гонконга и США позволил разработать новый катод на основе многослойного материала, богатого литием и марганцем LMR , который способен существенно увеличить емкость литий-ионных батарей, преодолев ограничения существующих технологий. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24. Литий-ионные батареи LiB — перезаряжаемые батареи, которые сохраняют энергию за счет обратимого восстановления ионов лития, остаются одной из наиболее широко используемых аккумуляторных технологий во всем мире.
Эти батареи питают широкий спектр устройств, от смартфонов, наушников и ПК до умных бытовых приборов и электромобилей. Группа исследователей из Городского университета Гонконга и ряда научных центров в США под эгидой Северо-Западного университета в Чикаго разработала решение, способное серьезно улучшить производительность LiB, продлить срок их службы и увеличить их энергоемкость за счет нового типа катодного материала.
О новой работе учёные рассказали в журнале Energy Storage Materials. Название статьи говорит само за себя: «Проводящий анод с S-легированием из многовалентного сульфида железа с низкой кристалличностью и катод из 3D-пористого графитового углерода с высоким содержанием N [натрия] для высокопроизводительных натриево-ионных гибридных накопителей энергии».
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.
Результаты исследований опубликованы в Journal of Material Chemistry A.
Ru, слова одного из соавторов статьи, аспиранта Сколтеха Филиппа Обрезкова. 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.
Трещины приводят к уменьшению притом серьёзному средней длины диффузии лития. Простыми словами площадь поверхности частицы катода с такими растрескиваниями будет больше, чем у правильной сферической частицы с той же объёмной долей. Почему эти формы и трещины так важны? Со временем любая батарея деградирует, как известно, и выходит из строя — эдакий расходник.
И как раз трещины на частицах катода связаны с таким старением. Трещины и хаотичные формы мешают переносу лития внутри частиц, как проектировали инженеры узнайте , что происходит внутри и как устроен аккумулятор смартфона. То есть в любом совершенно новом литий-ионном аккумуляторе с кобальтовым катодом оказываются проблемные частицы. Они препятствуют эффективному переносу лития, плохо воздействуют на напряжения внутри частиц и тем самым ускоряют процесс деградации.
Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
Однако свободный объем, доступный для ионов лития, невелик, что ограничивает скорость диффузии и снижает мощность электрохимической ячейки в целом. Недостатками LiMn2O4 являются также заметная растворимость марганца в электролите и структурная неустойчивость при напряжениях ниже 3 В. В последние годы большое внимание уделяется исследованиям катодных материалов с каркасной структурой на основе соединений лития и переходных металлов Fe, Mn, Co, Ni с полианионами, такими как PO4 3—, AsO4 3— и др. LiFePO4 отличается высокой структурной и химической устойчивостью при циклировании, а также нетоксичностью и доступностью. Однако у него очень низкая электронная и литий-ионная проводимость и, как следствие, неудовлетворительная циклируемость при больших токах. Однако в ходе многочисленных исследований были разработаны разнообразные методы для улучшения свойств LiFePO4. Например, нанести на поверхность частиц слой высокопроводящего углеродного покрытия, в результате чего электронная проводимость материала может возрасти многократно Ravet, Armand, 1999. Этому же способствует, например, и допирование материала катода алюминием, цирконием и другими металлами Chiang, 2002. Время российского «нано»? В 2000 г.
Ямато Sony первым показал, что в наноразмерном состоянии железофосфат лития способен работать даже при высоких скоростях заряда-разряда. На сегодняшний день наноразмерные композиты железо-фосфата лития и углерода практически не уступают по электрохимическим показателям другим известным катодным материалам. Поэтому они являются перспективными для использования в гибридных энергетических системах и крупногабаритных аккумуляторах для электромобилей, где большое значение имеют цена и безопасность. С чем же связано улучшение мощностных характеристик электродных материалов, особенно с низкой электронно-ионной проводимостью, при повышении их дисперсности? Это приводит к ускорению ионного транспорта и, соответственно, процессов заряда-разряда в аккумуляторах. Меньшие по размеру частицы также лучше адаптируются к объемным изменениям в ходе внедрения и экстракции ионов лития, что способствует повышению структурной стабильности материалов. С увеличением дисперсности наблюдается и повышение электрохимической емкости. Особенность этого способа в том, что синтез наночастиц LiFePO4 из исходных реагентов идет параллельно с модифицированием поверхности этих частиц углеродом. В 2011 г.
В сфере литий-ионных аккумуляторов все происходит на удивление быстро. Так, кобальтат лития был предложен в качестве катодного материала в 1986 г. Синтезировать железо-фосфат лития сложнее, к тому же он выходил на уже имеющийся рынок, однако в данном случае от идеи до внедрения прошло не более десятка лет. И сразу же после этого многие автомобилестроительные компании, такие как Toyota, Renault, General Motors, Nissan и др.
И если начиналось все с мобильных телефонов и ноутбуков, то сейчас это уже всевозможные гаджеты, которые не только делают наш досуг разнообразнее, но и помогают в хозяйстве: роботы убирают наш дом, моют окна и даже доставляют продукты из магазина. Популярной становится и электрификация транспорта: всего каких-то десять лет назад «Тесла» была диковинкой, а теперь мы все катаемся на электробусах в Москве и наша столица лидирует в Европе по степени электрификации общественного транспорта. Кажется: давай, наслаждайся жизнью, радуйся стремительному наступлению технического прогресса и открывай для себя все новые «электронные горизонты»! Но есть скрытая угроза, из-за которой будущее может вскоре стать не таким уж радужным, если цены на привычные нам гаджеты взлетят до небес, а электромобили точно станут непозволительной роскошью. Общая часть всей современной электроники — это литий-ионный аккумулятор, в котором много лития. А литий — это химический элемент, который встречается редко, как правило, в небольших количествах.
И только отдельные страны могут похвастаться значительными месторождениями лития. 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.
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. Это явление вызывается разницей в профилях напряжения во время циклов зарядки и разрядки аккумулятора.
По состоянию на 9. Российская сторона неоднократно подчеркивала, что ограничение поставок обусловлено исключительно санкциями, из-за которых возникли проблемы с обслуживанием и ремонтом газоперекачивающих агрегатов Siemens. Сейчас работу магистрали обеспечивает только одна турбина.
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
Он находится на 10-м месте по распространённости в природе. Титан обладает очень высокой коррозионной стойкостью. Основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны. Несмотря его преимущества, причиной, по которой его не могли применить в качестве катодных материалов, долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий почти достижимую удельную энергию аккумулятора.
Самые интересные проекты, открытия и исследования, а также информация о конкурсах и мероприятиях в вузах и научных центрах России в одном удобном формате.
Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается.
Например, при электролитическом рафинировании металлов меди , никеля и пр. Получаемый металл также именуется катодом катод медный [2] , катод никелевый, катод цинковый и т. Для сдирания готового катода с постоянной катодной основы используются катодосдирочные машины. Катод в вакуумных электронных приборах[ править править код ] В вакуумных электронных приборах катод — электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки.
Основные титансодержащие реагенты легко доступны, устойчивы и не токсичны. Несмотря его преимущества, причиной, по которой его не могли применить в качестве катодных материалов, долгое время оставался низкий электрохимический потенциал, ограничивающий почти достижимую удельную энергию аккумулятора. Исследователи из Сколтеха создали перспективный, коммерчески выгодный катодный материал на основе фторидофосфата титана. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал.
Научились заряжать аккумулятор за несколько секунд ученые в России
Экстракция натрия, в изобилии встречающаяся в соленой воде, несет гораздо меньшее вредное воздействие на окружающую среду. Это позволит конкурировать с литий-ионными батареями и по цене, и по качеству. Преимущества твердотельных Ssbt-батарей Выше мы уже коснулись некоторых ключевых преимуществ solid-state battery, но каковы другие важные преимущества этой технологии? Более быстрая зарядка — твердотельные батареи обеспечивают гораздо более высокую скорость зарядки. В зависимости от технологии, некоторые из них могут заряжаться в шесть раз быстрее, чем литий-ионные аккумуляторные батареи. Если исследования квантовых твердотельных накопителей в конечном итоге окажутся успешными, можно будет заряжать solid-state battery практически мгновенно. Более высокая плотность энергии — еще одно потенциальное преимущество твердотельных батарей.
У некоторых технологий его может быть вдвое больше, чем у литий-ионных батарей при том же объеме. Значительно увеличенный срок службы — одно из основных преимуществ твердотельных Ssbt-батарей. Срок службы заряда-разряда-перезарядки — может быть продлен до десяти лет, по сравнению с более скромными двумя годами у традиционных альтернатив. Сниженная скорость утечки саморазряд — еще одно потенциальное преимущество твердотельных батарей. Их можно сделать меньше и дешевле теоретически твердотельные батареи могут быть гораздо меньше литий-ионных альтернатив. 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.
Будьте в курсе событий Десятилетия науки и технологий! Десятилетие науки и технологий в России Российская наука стремительно развивается. Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна.
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.
Катод в вакуумных электронных приборах[ править править код ] В вакуумных электронных приборах катод — электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. 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.
Создан уникальный катод для металл-ионных аккумуляторов
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. В сравнении с литий-железо-фосфатными аккумуляторами натрий-ионные лучше работают при низких температурах и быстрее заряжаются. По остальным показателям — безопасность, ресурс и эффективность внедрения — у них паритет.
Учёные же пошли дальше и воспользовались научными достижениями и прогрессом, чтобы снять аккумуляторный катод в 3D-проекции для форсирования дальнейших улучшений в литий-ионной технологии. Cрок службы батареи 5-8 лет беспокоит производителей электромобилей [«Неудобная правда об электромобилях», Autonews ]. Учёные использовали сканирующий электронный микроскоп. Методом сфокусированного ионного пучка они обследовали положительный электрод просто купленного в магазине аккумулятора. И пришли к весьма интересным выводам. Частицы оказались совершенно неправильной формы и это проблема. Учёные также просят нас обратить внимание, какое значительное внутреннее растрескивание. Трещина на 3D-модели кобальтового катода под увеличением.
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. Студенты уже ведут переговоры с некоторыми компаниями.
Похожая ситуация и с литием — на его добычу уходит так много воды, что это может стать серьезной экологической проблемой. Поэтому исследователи ищут новые энергонакопители, которые с одной стороны работают по принципу литий-ионных аккумуляторов и сохраняют их преимущества, а с другой используют более доступное сырье. Менделеева и ИПХФ РАН была использована перспективная постлитиевая технология двухионных аккумуляторов,в электрохимических процессах которых задействованы как анионы, так и катионы электролита, что в разы повышает скорости заряда батарей по сравнению с литий-ионными. При этом в качестве катодов тестировались материалы на основе полимерных ароматических аминов, которые можно синтезировать из различных органических соединений. Они формируют объемные сетчатые структуры, которые обеспечивают более быструю кинетику электродных процессов. 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.
Группа "Катод" усиливает заряд
| «Катод»: трудно быть лидером | «Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. |
| Статьи по теме «катоды» — Naked Science | Категория: Новости РЖД. Опубликовано: 19 августа 2022. Рельсовый автобус «Орлан» между Екатеринбургом и Челябинском планируют запустить в октябре 2022 года. |
| Из полимеров сделали катоды для литиевых аккумуляторов | Построена модель термополевой электронной эмиссии из металлического катода с тонкой поверхностнойдиэлектрической пленкой при его температуре 200–400 К. Получено выражение. |
| EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. |
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
«В рамках нашего текущего исследования мы проверили долгосрочную работу металлической батареи Ca с катодом из наночастиц сульфида меди (CuS). КАТОД – профессиональный ремонт турбин, стартеров и генераторов для всех видов транспорта. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов.
Ионные жидкости произвели фурор в твердотельных литий-металлических батареях следующего поколения
| Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях | Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. |
| Долговечный катод / Новости Энерговектор | Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. |
Катод и анод
«Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. Он отличается беспрецедентной стабильностью работы при высоких скоростях заряда и разряда, а также имеет высокий электрохимический потенциал. Органические материалы, составляющие катод, в котором функциональные группы в ходе реакций заряда и разряда попеременно окисляются и восстанавливаются.
Долговечные литий-металлические аккумуляторы разработали в KIT
Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод. Отрицательный заряд катода позволяет ему притягивать положительно заряженные ионы из электролита, что создает условия для проведения электролиза. Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов.
Андрей Травников оценил приборы ночного видения завода «Катод» для СВО
Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд. Ученые из Университета префектуры Осака разработали катод из сульфида лития с твердым электролитом, который отличается устойчивостью к окислению. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. Справиться с внешними угрозами и приблизить успешное завершение спецоперации российской армии помогают новосибирские предприятия, в числе них новосибирский завод «Катод». Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд).