Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Разместить статью
Фото: Эллисон Картер. Показана литий-ионная батарея с использованием новой многообещающей катодной и электролитной системы, которая заменяет дорогие металлы и традиционный жидкий электролит более дешевыми металлофторидами и твердым полимерным электролитом.
Фото: Эллисон Картер. Показана литий-ионная батарея с использованием новой многообещающей катодной и электролитной системы, которая заменяет дорогие металлы и традиционный жидкий электролит более дешевыми металлофторидами и твердым полимерным электролитом.

Твердый электролит для улучшения литий-ионных батарей

Оборудование и материалы

Опубликовано: 25.10.2019

Обновлено: 04.05.2020

 1809

Фторид железа показывает более чем в два раз большую емкость, в сравнении с традиционными катодами на основе кобальта или никеля. Кроме того, железо в 300 раз дешевле кобальта и в 150 раз дешевле никеля

Растущая популярность за последние годы литий-ионных аккумуляторов серьезно увеличило мировые потребности в поставках кобальта и никеля - двух металлов, являющихся неотъемлемой частью современных аккумуляторных батарей, что приводит к росту цен на сырье.

В стремлении разработать альтернативные конструкции для литиевых батарей с меньшей зависимостью от этих дефицитных металлов, исследователи разработали многообещающую новую систему катодов и электролитов, которая заменит дорогие металлы и традиционный жидкий электролит более дешевыми металлофторидами и твердым полимерным электролитом.

«Электроды, изготовленные из фторидов переходных металлов, с давних пор демонстрируют проблемы со стабильностью и быстрым отказом, что раньше приводило к значительному скептицизму в отношении их способности к использованию в батареях следующего поколения».

В типичной литий-ионной батарее энергия высвобождается во время переноса ионов лития между двумя электродами - анодом и катодом, причем катод обычно состоит из лития и переходных металлов, таких как кобальт, никель и марганец. Ионы движутся между электродами через жидкий электролит.

Металлофторидные конверсионные катоды предлагают путь к разработке более дешевых литий-ионных аккумуляторов. К сожалению, такие катоды страдают от чрезвычайно низкой производительности при повышенных температурах, что может помешать их использованию в крупномасштабных проектах накопления энергии.

В исследовании, которое было опубликовано в журнале Nature Materials, было показано, что замена обычно используемых органических электролитов твердыми полимерными электролитами может преодолеть это препятствие. Была продемонстрирована стабильность в течение более 300 циклов при 50 °C, достигнутых с использованием фторида железа в качестве катода.

Отсутствие жидких растворителей уменьшало разложение электролита, в то время как механические свойства твердого полимерного электролита улучшали структурную стабильность катода. Результаты показывают, что формирование упругого, тонкого и гомогенного межфазного слоя электролитного катода на активных частицах стало ключом к стабильной работе.

В предыдущих попытках использовать фториды металлов считалось, что ионы мигрировали на поверхность катода и в конечном итоге растворялись в жидком электролите, вызывая потерю емкости, особенно при повышенных температурах.

Кроме того, фториды металлов катализировали массивное разложение жидких электролитов, когда элементы работали при температуре выше 38 °С. В соединении между твердым электролитом и катодом такое растворение не происходит, твердый электролит остается удивительно стабильным, предотвращая такие разложения, пишут исследователи.

Фторид железа показывает более чем в два раз большую емкость, в сравнении с традиционными катодами на основе кобальта или никеля. Кроме того, железо в 300 раз дешевле кобальта и в 150 раз дешевле никеля.

Чтобы создать такой катод, исследователи разработали процесс проникновения твердого полимерного электролита в готовый электрод из фторида железа. Затем они прибегли к горячему прессованию всей структуры, чтобы увеличить плотность и уменьшить любые пустоты.

Двумя основными характеристиками электролита на основе полимеров является его способность изгибаться и приспосабливаться к набуханию фторида железа при циклировании и его способность образовывать очень стабильную и гибкую интерфазу с фторидом железа. Традиционно, это набухание и массивные побочные реакции были ключевыми проблемами при использовании фторида железа в предыдущих конструкциях батарей.

В будущем исследователи стремятся разработать новые и улучшенные твердые электролиты, чтобы обеспечить быструю зарядку, а также комбинировать твердые и жидкие электролиты в новых конструкциях, которые полностью совместимы с традиционными технологиями производства элементов для изготовления крупных батарей.

 

Источник: Georgia Institute of Technology

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Применение экономайзера для увеличения КПД энергосистемы

Применение экономайзера для увеличения КПД энергосистемы

Обновлено: 25.07.2021
 1989
© RECOM Solar. Архитектурный рендеринг нового здания фабрики

Новое производство солнечных модулей RECOM в Беларуси

Обновлено: 04.01.2020
 1130
Применение воздушных и воздушно-тепловых завес в зданиях

Применение воздушных и воздушно-тепловых завес в зданиях

Обновлено: 04.01.2020
 1450

Комментарии:

Михаил Павличенко

Высокая цена - не главный недостаток химических аккумуляторов. Один из существенных недостатков - узкий температурный диапазон. На холоде не заряжаются, при жаре - не хранят заряд.

Юрий Добровольский

Низкая температура кроме нескольких стран не нужна, поэтому особо не парятся. Тут как раз наше первенство (не потому Джон неуловимый, что быстро бегает, а потому что никому не нужен). А с сохранностью заряда при высоких температурах вроде проблем нет. При 40 градусах неделями потерь ощутимых нет.

Михаил Павличенко

Нам бы их проблемы :) (это про 40 градусов).

Юрий Добровольский

Это общие проблемы. Если выше 50-60, аккумуляторы просто взрываются:) Сами этим занимаемся - только пока это хорошо для публикаций, но никак не годится для изделий. Да, кстати - усовершенствуют они катод - а электролит - это путь сделать катод работоспособным :)

Если вы хотите оставить в этой ветке свой комментарий, то, пожалуйста, напишите об этом на странице с контактами

Недавние публикации

Сравнение систем отопления

Системы отопления для частного дома: сравнение теплого пола и радиаторов, преимущества комбинированного подхода

Обновлено: 13.11.2024  226
Центробежные одноступенчатые насосы для сточных вод JETEX KНF/KVF

Центробежные насосы для сточных вод JETEX - обзор

Обновлено: 30.01.2024  1804
Горизонтальный резервуар

Важные критерии при заказе изготовления горизонтальных резервуаров

Обновлено: 29.11.2023  1432

Популярные категории

  • Водоснабжение и водоотведение23
  • Системы отопления и охлаждения56
  • Альтернативная энергия57
  • Ядерная энергетика6
  • Новости, обзоры, события113

Разместить статью

Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

Ссылки:

  • Контакты
  • Разместить статью
  • Конфиденциальность
VK Telegram

© 2024 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

Отправить сообщение об ошибке?

Ошибка:
Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.