Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1.
а.Схема батареи.
b. Иллюстрация четырех основных сопротивлений в электроде.
с. Изготовление электрода. Электролитически активная фаза обозначена желтым цветом, коллектор тока из пористого металла – зеленым. Электролит занимает оставшиеся поры.
Рис.2. Данные SEM для непрерывного объемного электрода для каждой стадии синтеза.
а. Никель с инвертированной структурой опала после электроосаждения (подложка из гранул диаметром 1,8 мкм).
b. Поперечный срез NiOOH/Ni композитного катода.
с. Поперечный срез NiOOH/Ni композитного катода после циклирования.
d. Никель с инвертированной структурой опала после электрополировки (подложка из гранул диаметром 466 нм).
e. MnO2/ Ni композитный катод.
f. литированный MnO2/ Ni композитный катод.
Рис.3. Сверхбыстрая разрядка и зарядка NiOOH электрода.
а. Кривые разрядки NiOOH/Ni катода при разных скоростях.
b. Кривые зарядки при постоянном потенциале (0, 45 V; хлорсеребряный электрод) и кривые разрядки на скорости 6С при постоянном потенциале за определенное время. Кривая, помеченная «full charge» была получена при гальваностатической зарядке на скорости 1С.
Рис.4. Сверхбыстрая разрядка литированного MnO2 катода при скоростях от 1,1 до 1114С.
Рис.5. Сверхбыстрая зарядка литий-ионной батареи. Потенциостатическая зарядка при 3,6V за 60 с (голубая кривая), 120 секунд (зеленая) и 800 секунд (красная), и гальваностатическая разрядка при скорости 3С прототипа литий-ионной батареи после каждого цикла зарядки.

Новый электрод для сверхбыстрой перезарядки

Ключевые слова:  катодный материал, литиевая батарея

Опубликовал(а):  Корнейчук Светлана Александровна

01 мая 2011

Быстрая скорость зарядки и выдачи полезной мощности важна для устройств накопления электрической энергии, но для большинства перезаряжающихся батарей увеличение этой скорости вызывает серьезное сокращение энергии, которая может быть запасена или передана. Конденсаторы большой емкости не страдают от этой проблемы, но они обладают гораздо меньшей плотностью энергии в расчете на массу по сравнению с батареями. Технология, которая соединит высокую скорость работы конденсаторов с большой плотностью энергии батарей, значительно продвинет производство устройств для накопления энергии.

Американские ученые в статье Three-dimensional bicontinuous ultrafast-charge and –discharge bulk battery electrodes представили способ создания батареи с очень высокими скоростями зарядки и разрядки и минимальными потерями емкости.

В статье рассмотрены два примера: никельгидридная батарея с катодом из оксигидрида никеля и литий-ионная батарея с катодом из литированного MnO2. Оба электрода благодаря своей структуре обеспечивают очень высокую скорость зарядки и разрядки без потери емкости, несмотря на низкую электронную и/или ионную проводимость данных материалов.

На скорость работы и емкость батареи влияют четыре основных фактора: 1) транспорт ионов в элеткролите; 2) транспорт ионов в электроде; 3) электрохимические реакции в электроде и 4) электронная проводимость в электроде и коллекторе тока. Необходимо одновременное понижение этих видов сопротивления во время перезарядки для увеличения производительности батареи. Самоорганизованный непрерывный объемный электрод, разработанный учеными, решает эту задачу (рис.1.b).

На рисунке 1 дана схема синтеза электрода. Самоорганизованные подложки со структурой опала были приготовлены из сфер полистирола (диаметр сфер для NiMH катода - 1,8 мкм; 466 нм - для литий-ионного катода). Затем на подложки электрохимически осадили никель. После их удаления был получен никелевый каркас с обратной структурой опала (пористость 74%). Для повышения его общей пористости до 94% (теоретическая пористоть 96,4%) и увеличения размера окон между сопряженными порами использовали элеткрополировку. В конце в эту структуру был электрохимичеки осажден электролитически активный материал (NiOOH для NiMH катода и MnO2 для литий-ионного катода). Диоксид марганца был литирован в расплаве смеси LiNO3 и LiOH. Такие электроды обеспечивают быстрый перенос ионов за счет взаимопроникающей системы пор, заполненной электролитом, и обладает большой площадью поверхности, короткой диффузионной длиной, высокой проводимостью.

На рисунке 3 представлены кривые разрядки на разных скоростях (С-rate-1 – это время в часах требуемое для полной зарядки или разрядки электрода или батареи, и скорости nC обозначают, что выбранный ток разрядит систему за 1/n часов). По сравнению со скоростью 1С при 305С NiOOH катод разрядился на 90%, при повышении скорости разрядки до беспрецендентной величины 1,017C (291 А/г) электрод разрядился на 75% за 2,7 секунды. Похожие данные получены для электрода из литированного оксида магния – разрядка на 76% при скорости 185С и на 38% при 1114С. Гравиметрическая емкость NiOOH электрода составляет 286 мАч/г, а магниевого – 189 мАч/г. После 100 циклов емкость электрода NiOOH уменьшилась на 5%, емкость магниевого электрода после 50 циклов – на 12%. Морфология электродов не изменилась.

Таким образом, ученым удалось продемонстрировать общий метод создания батарей с высокой скоростью перезарядки, совместимый со многими веществами. Короткие диффузионные длины в твердой фазе дают возможность использовать материалы для катода и анода, которые раньше не рассматривались в этом качестве из-за их низкой ионной и электрической проводимости. Толщину электрода легко варьировать, и данная технология может быть использована для промышленных объемов производства {Прим. ред.: это далеко не первая статья по данной теме, но, тем не менее, авторы довели работу до более - менее интересного результата}.


Источник: Nature Nanotechnology




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

 

Клетки на нанотрубках
Клетки на нанотрубках

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.