Литий-ионные аккумуляторы с двойным градиентом

04.11.2024

Современные литий-ионные аккумуляторы играют ключевую роль в развитии электромобилей и сетевых накопителей энергии. Однако, для массового внедрения этих технологий необходимы улучшения в производительности, долговечности и экономичности батарей. Ученые из Национальной лаборатории Аргонн сделали важный шаг в этом направлении, разработав новую конструкцию катодов с двойным градиентом, которая обещает значительно повысить эффективность литий-ионных батарей.

Идея двойного градиента базируется на предыдущем прорыве, сделанном в Аргонн в 2012 году, когда была создана катодная структура с градиентом состава. Тогда ученые усовершенствовали катоды, регулируя соотношение никеля, марганца и кобальта в их частицах. Это позволило увеличить плотность энергии и долговечность батарей. Однако новая конструкция делает еще один шаг вперед: помимо градиента состава, она включает структурные градиенты, что приводит к еще большей стабильности и эффективности.

Основное преимущество новой технологии заключается в сочетании двух ключевых элементов катода. Неупорядоченная поверхность частиц обеспечивает повышенную стабильность, предотвращая образование трещин и повреждений, которые часто возникают при высоких напряжениях. Одновременно упорядоченное ядро катода способствует эффективной передаче литий-ионов, что важно для улучшения скорости зарядки и разрядки. Такая структура помогает поддерживать высокую производительность аккумулятора даже при продолжительной эксплуатации.

Чтобы подтвердить эффективность катодов с двойным градиентом, исследователи провели серию строгих испытаний. Катоды показали превосходную стабильность и сохранили почти всю свою емкость даже после 500 циклов зарядки и разрядки, потеряв лишь около 2% своей емкости. Это впечатляющий результат для батарей, работающих под высоким напряжением, где стабильность часто является слабым звеном.

Еще одним важным аспектом новой технологии является снижение содержания кобальта. Кобальт - это дефицитный и дорогой материал, использование которого увеличивает стоимость и экологический след производства батарей. В новой конструкции ученые смогли минимизировать его использование, сконцентрировав большую часть кобальта на поверхности частиц катода. В результате содержание кобальта внутри частиц уменьшилось до менее 2% по сравнению с 10-20% в предыдущих вариантах катодов. В перспективе исследователи планируют сократить содержание кобальта до 1%, что сделает производство батарей еще более экологически устойчивым.

Наряду с экономическими преимуществами, новая конструкция демонстрирует улучшенную термостойкость, что имеет решающее значение для безопасности батарей, особенно при высоких напряжениях. Повышенная термостойкость позволяет аккумуляторам сохранять работоспособность в сложных условиях эксплуатации, что особенно важно для электромобилей и энергетических сетей.

Таким образом, новая конструкция с двойным градиентом может значительно ускорить развитие и распространение электромобилей и систем хранения энергии. Она не только увеличивает срок службы и производительность батарей, но и помогает снизить зависимость от дорогих и дефицитных материалов, что делает аккумуляторы более доступными и экологичными.

<< Назад: Страх и отвращение влияют на работу желудка 04.11.2024

>> Вперед: Азиаты любять роскошь 03.11.2024

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Спасение коралловых рифов пересадкой доноров 10.12.2024

Ученые из Университета Бар-Илана предложили пересаживать фрагменты экосистемы здорового коралла на поврежденный. В результате здоровая экосистема помогает кораллу восстановиться. В новом исследовании был применен метод "пересадки экосистемы кораллового рифа". Он заключается в том, что со здорового рифа берется разнообразное сообщество организмов, в том числе беспозвоночных и микробов, выращивается на терракотовой плитке, а потом вместе с плиткой переносится на поврежденный риф. Эксперименты показали заметное улучшение здоровья кораллов: повысилась эффективность фотосинтеза и увеличилась популяция симбиотических водорослей. Результаты показали, что пересадка здоровой экосистемы может значительно повысить жизнестойкость и физиологические функции кораллов. Важным элементом эксперимента являются сами терракотовые плитки. Они повторяют сложную 3D-структуру природных коралловых рифов и обеспечивают удобную среду для разнообразных организмов. Ученые подробно описали проведенный эк ...>>

Разработана долговечная алмазная батарея 10.12.2024

Британские ученые построили уникальную батарею, способную работать тысячелетиями. Это устройство, получившее название алмазной батареи, основано на использовании радиоактивного изотопа углерода-14 и может стать революцией в мире энергетики. Принцип работы алмазной батареи схож с работой солнечных панелей, но с одной важной разницей: вместо света она использует радиоактивный распад углерода-14. Углерод-14 - это радиоактивный изотоп, известный по методу радиоуглеродного датирования, который широко применяется в археологии и геологии для определения возраста органических материалов. При распаде углерода-14 высвобождаются электроны, которые алмазная структура улавливает и преобразует в электрический ток. Этот процесс обеспечивает стабильное и долговечное производство энергии, так как период полураспада углерода-14 составляет около 5700 лет. Алмазная батарея обладает рядом значительных преимуществ: 1. Долговечность: Благодаря стабильности радиоактивного изотопа устройство способ ...>>

Влияние просмотра телевизора на размер мозга 09.12.2024

Продолжительный просмотр телевизора может негативно сказаться на здоровье мозга, снижая объем серого вещества - области, где сосредоточены нейроны, ответственные за обработку информации. Эти данные были получены в рамках исследования, проведенного командой ученых из Школы общественного здравоохранения Блумберга при Университете Джонса Хопкинса. Возглавлял проект Райан Догерти. Ученые анализировали данные крупного долгосрочного исследования "Развитие риска коронарных артерий у молодых взрослых" (CARDIA), начатого в 1985 году при поддержке Национального института сердца, легких и крови США. В исследовании участвовали более 5000 человек из четырех городов Соединенных Штатов, и его цель заключалась в изучении факторов, влияющих на здоровье на протяжении жизни. Один из аспектов, изученных в рамках CARDIA, был связан с привычками участников, включая время, проводимое перед экраном телевизора. Выяснилось, что те, кто смотрел телевизор более 1,4 часа в день, к 50 годам теряли около 0,5% ...>>

Найдена причина образования новых нервных клеток 09.12.2024

Возможность восстановления нервных клеток - одна из самых загадочных и желанных целей в современной медицине. Немецкие ученые из Дрезденского технического университета, возглавляемые Михаэлем Брандом, сделали важный шаг в этом направлении, изучив уникальные способности рыбы-зебры. Исследователи обнаружили, что регенерация тканей головного мозга у этой рыбы связана с воспалительной реакцией, которая запускает процесс образования новых нервных клеток. Рыба-зебра, небольшой пресноводный организм, стала популярной моделью для изучения регенерации благодаря своей способности восстанавливать ткани, включая мозг, даже после серьезных повреждений. В ходе экспериментов ученые установили, что воспаление, возникающее в поврежденной ткани, играет ключевую роль в регенерации. Это открытие удивительно, поскольку у млекопитающих воспаление обычно приводит к образованию рубцов, блокирующих восстановление нервных клеток. У млекопитающих, включая человека, после повреждений головного мозга формиру ...>>

Вкус вируальной реальности 08.12.2024

Ученые из Гонконга представили уникальное устройство, способное воспроизводить разнообразные вкусы, словно в сказке. Гаджет, напоминающий обычный леденец, позволяет "почувствовать" вкус в виртуальной реальности. Это не просто развлечение, а шаг в будущее, где технологии могут в корне изменить наше восприятие мира. Гаджет использует метод ионофореза - воздействия электрического тока для управления вкусовыми рецепторами языка. В его конструкции предусмотрены девять каналов, заполненных ароматизированными гидрогелями. Когда через них проходит электрический ток, гели выделяют химические вещества, создающие вкусовые ощущения. Это позволяет пользователю почувствовать сладкий, кислый, соленый, горький и умами вкусы без реального употребления пищи. Для имитации вкусов в составе гидрогелей использованы такие безопасные компоненты, как сахар, соль, лимонная кислота и экстракты натуральных продуктов: вишни, молока, зеленого чая, маракуйи, дуриана и грейпфрута. Устройство потребляет минималь ...>>

Случайная новость из Архива 75,6 ТБ данных на куске кварца 30.09.2020 Количество цифровых данных, генерируемое человеком, растет чрезвычайно высокими темпами. Между тем физические носители информации развиваются далеко не так быстро. Это значит, что для создания облачных хранилищ нужно закупать все больше дорогостоящих жестких дисков. Выходом из сложившегося положения может быть новая технология Microsoft, позволяющая записать десятки терабайт данных на кусок кварца. Microsoft Project Silica построен на технологии записи данных на сверхпрочное кварцевое стекло с помощью лазера путем деформации его структуры. В ходе экспериментов исследователям удалось "упаковать" 75,6 ТБ данных на кусок плавленого кварца размером с 2,5-дюймовый диск. Если проводить аналогии, то самый емкий 3,5-дюймовый жесткий диск имеет объем 20 ТБ. Главная проблема, с которой столкнулась команда Project Silica, состоит в том, что кварцевый носитель не может быть перезаписан. Следовательно, информация на нем предназначена только для чтения. Это вызовет сложности с резервным копированием, оно займет значительно больше времени, чем в случае с обычными дисками. Как оказалось, не только Microsoft, но и другие компании работают над подобной технологией. Так, собственные разработки уже есть у Seagate. Аналитики утверждают, что к 2025 году объем данных в мире превысит 175 зеттабайт (1 ЗБ = миллиард ТБ). Это в шесть раз больше, чем было в 2018 году. Мало того, развитие сетей 5G, спрос на видео в высоком разрешении и рынок интернета вещей может привести к тому, что к концу десятилетия общее количество информации достигнет 1 триллиона терабайт - 1000 зеттабайт.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2024