Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Механизм заряда литий-ионной батареи.
Частицы катодного материала (РЭС - вверху, ПЭМ - внизу). Виден тонкий аморфный слой.
Разряд аккумулятора при скоростях от 2С до 50С.
Зависимость емкости от количества циклов заряд-разряд.
Сверхскоростной разряд при 200С и 400С. Приведены зависимости для первого, пятидесятого и сотого циклов.

Катодный материал для сверхскоростных литий-ионных батарей

Ключевые слова:  литий-ионные батареи, наноматериал

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

13 марта 2009

Литий-ионные аккумуляторы можно обнаружить практически в каждом современном мобильном электроприборе. Одним из их недостатков являются сравнительно невысокие токи разряда и заряда, в результате чего аккумуляторы заряжаются достаточно долго, а при работе не могут обеспечить большую выходную мощность. Принцип работы литий-ионных батарей основан на перераспределении ионов лития между электродами, поэтому максимальный ток напрямую зависит от скорости их транспорта. Исследователи из MIT (США) разработали наноматериал на основе железо-литиевого фосфата LiFePO4, который обладает высокой подвижностью лития и благодаря этому обеспечивает высокие скорости разряда батарей.

LiFePO4 уже используется в качестве материала положительного электрода литий-ионных аккумуляторов. Недавно было показано, что литий может входить в кристаллическую структуру LiFePO4 лишь вдоль определенного направления, а именно, [010]. Исследователи предположили, что если обеспечить транспорт ионов лития вдоль поверхности кристалла к соответствующим граням, то это существенно увеличит скорость разряда батареи.

В ходе экспериментов твердофазным методом был получен порошок общего состава LiFe0.9P0.95O4-x с размером кристаллитов около 50 нм. На поверхности частиц феррофосфата наблюдался 5 нм слой обогащенной фосфором стеклообразной фазы, близкой по ряду характеристик к пирофосфатам. Авторы предположили, что она, в отличие от LiFePO4, обладает хорошей литиевой проводимостью в различных направлениях, поэтому даже тонкий ее слой значительно улучшает диффузию ионов Li+ вдоль поверхности кристаллитов LiFePO4.

Для исследования электрохимических свойств была собрана электрохимическая ячейка с катодом из нового материала и литиевым анодом, аналогичная по конструкции литиевым аккумуляторам. Для описания скорости разряда аккумулятора обычно используется время его полного разряда. За единицу измерения принимается такая скорость, при которой разряд полной емкости емкости С происходит за один час; тогда при скорости nC аккумулятор разрядится за 1/n часов.
При достаточно высокой для литиевых аккумуляторов скорости 2С полученный материал демонстрировал емкость, близкую к теоретической (около 170 мАч/г), и даже при 50С сохранял до 80% от этой величины; при этом за 50 циклов заряда-разряда не произошло какого-либо заметного снижения емкости. Возможно также достижение емкости 100 мАч/г при скорости 200С и 60 мАч/г - при 400С, что во много раз выше, чем у современных литий-ионных батарей. Емкость материала стехиометрического состава, полученного в тех же условиях, также достаточно велика, но заметно ниже описанной.
Развиваемая исследуемой ячейкой мощность достигает 170 кВт/кг при 400С, в то время как мощность современных литиевых аккумуляторов при обычных скоростях разряда составляет 0.5 - 2 кВт/кг. Способность литий-ионных батарей так быстро заряжаться и разряжаться ставит их в один ряд с суперконденсаторами. Продолжительность зарядки аккумулятора мобильного телефона может составить всего несколько десятков секунд, а мощной батареи электромобиля – несколько минут. Конечно, пока это лишь лабораторная разработка, и неизвестно, смогут ли ученые реализовать весь потенциал нового материала на практике.

Работа «Battery materials for ultrafast charging and discharging» опубликована в журнале Nature.


Источник: Nature



Комментарии
Владимир Владимирович, 14 марта 2009 04:56 

А откуда емкость в "100 раз выше"? Статья вроде про скорость зарядки/разрядки.
И "едИницах"
Трусов Л. А., 14 марта 2009 12:23 
я, конечно, не уверен, но, наверное, автор скорость имел в виду. кстати, про скоростную зарядку там в статье что-то ничего нет.
Особого противоречия нет, если иметь в виду емкость именно при высоких скоростях разряда.
Владимир Владимирович, 15 марта 2009 00:56 
Очень разумно
(хотя и нетипично немного)
Сверхполезно!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кристаллография - детям. Снежинки к Новому году.
Кристаллография - детям. Снежинки к Новому году.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Наноструктуры в природе. Крылья ночной бабочки – акустические метаматериалы. Доменный зигзаг: новый поворот в теории микромагнетизма. Новый материал для оптических терагерцовых элементов. Водород в графине. Следопыты сверхбыстрых процессов: определение длительности световой пули. Нобелевская премия 2022.

Наносистемы: физика, химия, математика (2022, Т. 13, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume13/13-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

7-9 октября - Фестиваль НАУКА 0+ в Москве
7-9 октября в Москве будут проходить мероприятия в рамках Всероссийского фестиваля НАУКА 0+ — одного из крупнейших просветительских проектов в области популяризации науки в мире и одного из ключевых событий в рамках Десятилетия науки и технологий.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.