Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру.
Редкий кадр: катод аккумулятора телефона под микроскопом в 3D
В данном разделе вы найдете много статей и новостей по теме «катоды». Все статьи перед публикацией проверяются, а новости публикуются только на основе статей из рецензируемых. Новая структура микрочастиц катода, разработанная командой, может привести к созданию более долговечных и безопасных батарей, способных работать при очень высоком напряжении. Новая литий-ионная батарея содержит катод на основе органических веществ вместо кобальта и никеля. Вот казалось бы, только вчера мы начали работу над проектом Заряд.
Что такое анод и катод, в чем их практическое применение
"В катодах батарей для электромобилей, как правило, используются слоистые оксиды переходных металлов, в том числе богатые никелем. Зарядное устройство забирает электроны с катода, оставляя его с положительным зарядом, и направляет их на анод, сообщая ему отрицательный заряд. Полученный материал был применен в качестве катода для литий-ионного аккумулятора и показал хорошую стабильность и высокую емкость. После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая. Анод и катод аккумулятора содержат металлы, которые в зависимости от направления тока (заряд или разряд).
Группа "Катод" усиливает заряд
Ученые из Университета Мэриленда и Военно-исследовательской лаборатории армии США разработали катод нового химического типа без переходного металла для литий-ионных. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде). В процессе заряда ионы Li⁺ экстрагируются из материала катода, переносятся через электролит к аноду и внедряются в его структуру. 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.
Как технологии твердотельных Ssbt-аккумуляторов изменят мир
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.
Американские ученые в ходе исследований не только нашли причину нестабильности, но и способ устранить ее. Они определили, что литий вызывает асимметрию в атомах ванадия, из-за которого разрушались хлопья VS2. Но если покрыть их нанослоем дисульфида титана, это повысит стабильность материала и улучшит его производительность в батарее. Решив эту проблему, ученые увидели, что электроды VS2-TiS2 работают с высокой удельной емкостью, то есть запасать большой заряд на единицу массы. На смену литий-ионным аккумуляторам могут прийти термобатареи. Они хранят в шесть раз больше энергии, а срок их службы — свыше 20 лет.
Алексей Носаченко Натрий-ионный аккумулятор работает по аналогии с литий-ионным: когда устройство заряжается и разряжается, ионы перемещаются между катодом и анодом. Однако их размеры больше, чем у ионов лития, плюс ионы натрия склонны к образованию нежелательных примесей, которые сокращают срок службы батареи, а следовательно, они более требовательны к структурной устойчивости и кинетическим свойствам материалов катода и анода. В CATL утверждают, что им удалось найти решения этих проблем. 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.
Так как сферическая форма кристаллов уменьшает площадь соприкосновения катода с электролитом, это замедляет процессы старения и деградации. Таким образом, срок службы катода и самой батареи электрокара увеличивается. В будущем исследователи планируют экспериментировать с размером частиц в надежде добиться еще лучших результатов в сфере повышения энергоемкости батарей. Ранее «Газета.
В ЮФУ предложили экологичный метод производства катодов для литий-ионных аккумуляторов
- Как устроена Li-ion ячейка?
- Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
- Серебряно-цинковые
- Разработка российских ученых позволила увеличить пробег электрокаров на одной зарядке
- Новосибирский завод «Катод» изготовил сложнейшее оборудование для участников спецоперации
- Новости | Проект Заряд
КАТОД, сеть магазинов и СТО
Профессор Нисихара и его команда полагают, что GMS-лист станет важной вехой в производстве углеродных катодов для литий-O2-батарей. История «Катода» — это история развития наукоемкого бизнеса в России, который, несмотря на внутренние и внешние проблемы, все же достиг успеха и мирового признания. Отрицательный заряд катода привлекает положительные ионы и приводит к образованию нейтральных частиц. Обратимые заряд и разряд стали возможны благодаря наличию множества пор в катоде, которые могут аккумулировать образующийся хлор. Японская компания Taiheiyo Cement предложила использовать для изготовления катодов новый материал, который сократит зарядку аккумулятора в 3-4 раза.
В Корее разработали натриево-ионный аккумулятор со скоростью зарядки в несколько секунд (2 фото)
Катод это электрод, имеющий отрицательный или положительный заряд в зависимости от типа прибора или процесса. После чего электроны переносятся на катод, где они используются вместе со свободными протонами для восстановления кислорода до воды», — пояснила Екатерина Вахницкая. В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый квазитвердотельный катод для твердотельных литий-металлических батарей со значительно сниженным.
Подпишитесь на ежемесячную рассылку новостей и событий российской науки!
- Новый LMR-катод минимизирует падение напряжения в литий-ионных батареях -
- Архив материалов
- Новые материалы для катодов ускорят зарядку в 3-4 раза
- Катод и анод
Другие новости
- Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
- Продолжить чтение
- Новый эталон высокопроизводительных углеродных катодов в литий-кислородных батареях
- Серебряно-цинковые
- Новости технологий и науки
Исследователи создали энергоемкий органический катод для аккумуляторов
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. Стабильные, быстрые, ёмкие 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 счёт этого двухионные аккумуляторы часто могут заряжаться быстрее, чем обычные литий-ионные.
Российские ученые создали прототип такого устройства, катоды которого сделаны из полимерного материала Сегодня литиевые аккумуляторы — самые распространенные накопители энергии. Они производятся в огромных количествах и увидеть их можно практически в каждом современном электронном устройстве. 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.
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. Стабильные, быстрые, ёмкие 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.
Описание разработки было опубликовано в журнале Advanced Science 19 мая 2023 года. В связи с ростом использования электромобилей и систем хранения энергии в масштабах энергосистемы, необходимость изучения альтернатив литий-ионным батареям как никогда высока. 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.