Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Структура литий-ионной батареи с GNS электродом.
Рисунок 2. а) Кривые разрядки для батареи с GNS электродом, углеродным электродом с платиновым катализатором и электродом из черного ацетилена. b) Зависимость емкости GNS от номера цикла. Кривые зарядки/разрядки для батареи с GNS (с) и отоженного GNS.
Рисунок 3. Рентгеновские фотоэлектронные спектры С1s (a) и O1s (b) для GNS и отоженного GNS.

Графеновые листы в литиевых батареях

Ключевые слова:  графен, литиевая батарея

Опубликовал(а):  Шуваев Сергей Викторович

22 апреля 2011

Несмотря на все усилия исследователей, плотность энергии в литийевых батареях все еще недостаточна для их практического применения в транспортных средствах, во многом из-за трудностей с подбором подходящего электролита. Продвинуться в решении существующих технологических трудностей попытался коллектив японских исследователей. Чего же удалось им добиться?

Основной новаторской идеей, реализованной авторами статьи, является не только выбор двухфазного электролита (водная и органическая фаза), разделенный слоем твердого электролита LISICON, предотвращающего смешение двух фаз, но и подходящий выбор материала электрода. В последнем случае выбор пал на графеновые нанолисты (GNS), которые до этого рассматривались исследователями исключительно как матрица для нанесения катализатора (рис.1). Подобная "смелость" объясняется не только высокой проводимостью и развитой поверхностью графеновых нанолистов, но также их структурой, которая изобилует разного рода дефектами (углеродные вакансии, пяти- и семичленные углеродные циклы), катализирующими восстановление кислорода. Доказательством высокой каталитической активности графеновых нанолистов могут служить кривые разрядки (рис.2), расположенные в непосредственной близости от таковых для углеродного электрода с платиновым катализатором.

Но не все так радужно! После нескольких циклов зарядки/разрядки напряжение зарядки довольно существенно увеличивается, и после 50 циклов достигает 0.4 В, что авторы статьи объясняют окислением GNS в процессе зарядки. Однако отжиг GNS позволил уменьшить падение напряжения до 0.16 В, что объясняется удалением кислородосордержащих функциональных групп (С-О, С=О, О-С=О), а также увеличением доли атомов углерода, находщихся в sp2-гибридизированном состоянии, о чем можно с уверенностью судить на основании рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (рис.3). Тем не менее установление более детального механизма столь значительного уменьшения падения напряжения зарядки - цель будущих научных исследований.


Источник: ACS Nano



Комментарии
Пастух Евфграфович, 25 апреля 2011 11:55 
И что бедные батареи одни остались между розетками через каждые 100 км? Дороги и сами могут вырабатывать подзарядный ток, надо только подумать над покрытием. Дороги, к тому же, никуда не денутся - основные трассы - уже почти вечные с точки зрения топологии. Сделаем покрытие ячеистым, доработаем шины. Даже дождик будет полезен. Догадываетесь о максимальной ширине ячеек, а о их форме на дороге - это же лежит "на поверхности"! (только не надо сразу же про лёд )
Попробуем в этом году или оставим будущим поколениям?
А на досуге посмотрим на рис. 1 еще раз и задумаемся о разнице между литий-ионными и литий-воздушными батареями.
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 19:33 
Олег Александрович,
когда делал подпись к рисунку, тоже задумался над этим. Просто я полагал, что литий-воздушные батареи являются частным случаем литий-ионных, однако был не уверен. Поэтому в заголовке решил написать просто "литиевые".
Сергей, это именно литий-воздушная батарея. И от литиевых, и от литий-ионных батарей в привычном смысле этих терминов она отличается довольно сильно. Лучше перечитать, как устроена каждая их них, а потом поправить текст.
Владимир Владимирович, 25 апреля 2011 21:16 
А Вы разъясните нам любезно в двух словах, Олег Александрович, суть поднимаемого Вами вопроса, чем критиковать многозначительно!
Суть вопроса в том, что не всякую батарею, в которой есть металлический литий, стоит называть литиевой. Точнее, назвать-то можно, а вот поймут, скорей всего, неправильно, поскольку термин "литиевые батареи" за последние 20 лет закрепился за вполне определенным их видом. Никакой многозначительности - все это неоднократно обсуждалось, да и литературы популярной много.
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 21:26 
Олег Александрович,
устройство обоих типов батарей (лучше, правда, аккумуляторов) я в общих чертах представляю. Проблема в терминологии. Почему литий-воздушную батарею нельзя назвать литий-ионной?
Владимир Владимирович, 25 апреля 2011 21:29 
Олег Александрович,
У меня точно такой же вопрос как выше у Сергея Викторовича.
Плюс просьба расказать какие батареи называют "литиевыми" (в контексте литий-воздушных и литий-ионных).
В отличие от "просто литиевых" батарей, которые бывают как однозарядными (primary lithium batteries), так и перезаряжаемыми (secondary lithium batteries), литий-ионной батареей сейчас привыкли называть такую разновидность аккумулятора, в которой катодом является (или называется) сложный литийсодержащий оксид, а анодом - графит или другое соединение, в которое литий способен легко интеркалироваться. Если мы посмотрим на схему литий-воздушной батареи на рис. 1, то ее устройство совсем другое, да и потенциалообразующие реакции - тоже.
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 21:48 
Спасибо! Теперь ситуация с терминологией прояснилась!
Еще вот здесь все очень доходчиво изложено: http://www.n...155668.html
Шуваев Сергей Викторович, 25 апреля 2011 21:57 
Это я уже читал! Просто все тонкости в терминологии было довольно трудно уяснить. Например, что литий-ионными принято называть лишь те батареи, у которых катод изготовлен из литийсодержащего оксида.
Владимир Владимирович, 25 апреля 2011 22:11 
Спасибо

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

 

Золотое руно
Золотое руно

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
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/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 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/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
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/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

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

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.