Такие катоды могут выдерживать до 25000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Выяснилось, что на межзёренных границах отрицательного электрода (на катоде) в процессе заряда и разряда батарей с твёрдым электролитом скапливаются электроны. Знание того, какой заряд имеет катод, является ключевым для понимания его функции и влияния на электролитические.
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
Они препятствуют эффективному переносу лития, плохо воздействуют на напряжения внутри частиц и тем самым ускоряют процесс деградации. Материал неоднороден и стремится к разрушению со всеми сопутствующими рисками выхода из строя целой ячейки. Это в очередной раз доказывает нам — брак аккумулятора вероятен даже в самых дорогих и проверенных линейках потребительских устройств. Больше науки Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте NeovoltRu. Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
Человечество производит и потребляет все больше электричества, и вместе с этим растет 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. 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.
Мы только знали, что Россия отстает в сфере разработки ЭОПов от развитых стран лет на 25. По сути, наша армия в темноте была абсолютно беспомощна. В итоге мы опередили наших зарубежных коллег на несколько лет». ПНВ «Катода» стали меньше и легче, весили меньше килограмма. В первые годы предприятие выпускало 3—4 прибора в сутки, сегодня — 36. Серийное производство приборов ночного видения — очень сложный процесс, так как все производственные этапы создания электронно-оптических преобразователей проходят в глубоком вакууме. В то время никто не производил подобного оборудования, специалистам «Катода» пришлось самим его разработать и запатентовать уникальную для рынка технологию производства.
И этот процесс не останавливался. Сегодня АО «Катод» — единственное в России и третье в мире предприятие, обладающее технологией крупносерийного производства ЭОП третьего новейшего поколения — главного элемента в приборах ночного видения как гражданского, так и военного назначения. Благодаря ЭОП последнего поколения приборы ночного видения позволяют видеть практически в полной темноте. Здесь работает порядка семи научных подразделений и лабораторий. Только за последние пять лет «Катод» провел более 20 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Они касались как улучшения параметров существующих приборов, так и создания совершенно новых изделий, которые раньше вообще не выпускались. От юбилея к юбилею Выступая на торжественном мероприятии в честь 60-летия компании, Владимир Локтионов рассказал об успехах «Катода» за последние пять лет. Предприятию есть чем гордиться.
Гособоронзаказ выполнялсяв полном объеме и установленный срок. Качество изделий завода отменное — ни одного возврата товара от потребителей. В бюджеты всех уровней катодовцы заплатили более 2 млрд рублей налогов. Отдельно Владимир Локтионов остановился на инвестиционной составляющей бизнеса.
Но номинальное напряжение у них ниже — 3,2—3,3 В. Кроме экспериментов с разными материалами, изучается возможность покрытия катода тонкодисперсными оксидами. Электрохимические процессы в Li-ion аккумуляторах При разряде элементов питания ионы лития переносят заряд от анода к катоду. Они временно покидают графит анода и встраиваются в кристаллическую решетку оксида на катоде.
Во время зарядки аккумулятора протекает обратный процесс: ионы Li покидают катод, проходят через электролит и встраиваются в структуру анода, раздвигая слои его углеродной матрицы. После многократных циклов работы в структуре Li-ion аккумуляторов наблюдаются изменения: ионы Li утрачивают исходное положение; электролит реагирует с литием; постепенно образуются и растут игольчатые кристаллы — дендриты, которые пронизывают слой электролита и создают риск короткого замыкания. В итоге снижается производительность элементов питания: в процессе зарядки АКБ не восполняет заявленную емкость, а при работе — хуже отдает токи в нагрузку и быстро разряжается. При значительных структурных изменениях происходит внутреннее короткое замыкание. Такие элементы питания нельзя восстановить и необходимо утилизировать или отправить на переработку. Как замедлить электрохимическую деградацию? Основные факторы, способствующие быстрому износу Li-ion аккумуляторов и их преждевременному выходу из строя, это: глубокий разряд;.
Аккумуляторы будущего
Компания намерена во время модернизации и капитального ремонта имеющегося подвижного состава внедрить энергосберегающие технологии в системы освещения вагонов — как светодиоды, так и интеллектуальные системы управления. Планируемые инвестиционные вложения в повышение энергоэффективности составляют в ближайшие три года чуть менее 3 млрд руб.
Ученые надеются, что их изобретение применят в питании электробусов и для запасания энергии солнечных и ветряных электростанций, где удельная емкость не так важна. Кроме того, катоды из нового материала сохраняют работоспособность при низких температурах, что важно для России. Ранее ученые из Франции создали наноробота-рекордсмена с помощью ДНК-оригами. Контент недоступен.
Микроскопическое изображение сферических частиц, составляющих перспективный электрод нового аккумулятора Ivan Moiseev et al. Ученые считают, что путем дальнейших экспериментов можно значительно улучшить результат. Например, смешивая более мелкие и более крупные частицы.
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".
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. 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.
Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
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. Поэтому нами была поставлена задача смоделировать и исследовать новые макромолекулы, потенциально обладающие более высокой энергоемкостью.
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?
Корейцы не первые, кто разрабатывает натриево-ионные аккумуляторы. Но они пошли дальше и сделали попытку соединить в новых аккумуляторах лучшие технологии литиевых аккумуляторов и суперконденсаторов, слив воедино ёмкость, удельную мощность и скорость зарядки. 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.
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. К сожалению, просто так взять и заменить литий в аккумуляторе на натрий или калий не получится.
Новосибирский завод «Катод» поставил приборы ночного видения бойцам СВО
«Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Что такое Анод и Катод? В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов.
Аккумуляторы будущего
Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. В описанном процессе заряда полимерное покрытие катода остается стабильным во всем диапазоне рабочих потенциалов. Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. «Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию.
Химики впервые перезарядили тионилхлоридный аккумулятор
| EMD: Ученые изготовили эффективные органические катоды для цинк-ионных батарей | В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. |
| Литий в лидерах: химические источники тока | Литий-ионная батарея заряжается и разряжается в процессе движения ионов лития между двумя электродами — анодом и катодом. |
Разработаны новые органические электродные материалы для калий-ионных аккумуляторов
Короткое время заряда/разряда разработанных калиевых источников тока на органической основе позволяет рассматривать их как альтернативу суперконденсаторам. Это заставляет катод становиться положительно заряженным (по сравнению с анодом), что, в свою очередь, притягивает к катоду больше отрицательно заряженных электронов. Инженеры из США разработали литий-ионную батарею с катодом из органики вместо кобальта или никеля — она может снять зависимость индустрии электротранспорта от редких металлов. «Сколтех» совместно с МГУ создал катод для натрий-ионных аккумуляторов на замену литию. Петербургская группа "Катод" рассчитывает стать крупнейшим производителем аккумуляторов в России. Главная» Новости» Катод имеет заряд.
Китайская CATL представила первые натрий-ионные аккумуляторы для электромобилей
Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. В новых батареях ионы натрия заменяют ионы лития в катоде, а соли лития в электролите (жидкость, которая помогает переносить заряд между электродами батареи) заменяются. Новости электроники, справочник радиолюбителя, электронные компоненты, радиодетали.
Новый материал для батарей поможет электрокарам ездить дольше на одном заряде
| Долговечный катод / Новости Энерговектор | Кроме передачи электронов, отрицательный заряд катода обусловлен свойствами вещества, из которого изготавливается катод. |
| Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир | Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. |