Губка для литиевой батареи: как разогнать аккумулятор и убрать излишки?

Что общего между губкой и литиевыми аккумуляторами? Ученые из Юго-Восточного университета в Китае нашли ответ на этот вопрос и поразили мир. Они смогли улучшить технические характеристики литиевых АКБ простым действием. Профессоры Чжэнмин Сунь и Лун Пань добавили в электролит металлоорганические каркасы на основе индия. Результат оказался невероятным.

Обычно в батареи добавляют фторполимеры, которые плохо совместимы с литиевым анодом. Из-за происходящих побочных реакций аккумуляторы изнашиваются быстрее, чем могли бы. Каркас на основе индия представляет собой пористый материал с открытыми металлическими центрами. Он стабилизирует электролит и снижает его кристалличность, за счет чего ускоряется движение ионов.

Кроме того, новинка связывает остатки растворителя, из-за которых и происходят нежелательные химические процессы, то есть останавливается процесс деградации. На поверхности лития образуется защитная пленка, которая не позволяет электролитам разрушаться и препятствует образованию дендритов на поверхности лития.

В Германии разработали литиевые аккумуляторы с исключительной скоростью зарядки

Ученые из Хумбольдтского университета в Берлине продемонстрировали литиевые аккумуляторы с поразительными техническими характеристиками. Литий- и натрий-ионные батареи оказались намного долговечнее и стабильнее, а их скорость заряда поражает. Ключом к новой технологии стал контролируемый беспорядок на атомном уровне.

Обычно аноды в АКБ создавались с акцентом на упорядоченные структуры, с предсказуемыми путями движения ионов. Но это приводило к снижению подвижности ионов из-за избыточной жесткости, в результате чего при ускоренных режимах заряда падала эффективность.

Метод, предложенный и опробованный командой под руководством профессора Никола Пинны и доктора Патрисии Руссо, базируется на принципе «упорядоченного хаоса». Атомная неупорядоченность создает дополнительные каналы для переноса ионов и увеличивает число активных центров накопления.

Результаты говорят сами за себя. Даже после 1000 циклов зарядки-разрядки исходная емкость сохраняется практически без изменений. Некоторые виды АКБ работали без заметного ухудшения после 2,5-2,6 тысяч циклов – невероятный результат.

В Германии профинансируют два новых литиевых проекта – чего ждать рынку?

Федеральное Министерство экономики и энергетики Германии и Федеральные Земли Рейланд-Пфальц и Гессен примут участие в двух новых литиевых проектах. Власти выделят 103,6 млн евро компании Vulcan Energy, которая занимается производством лития и возобновляемых источников энергии. Общая сумма инвестиций оценивается в 690 млн евро.

Цель проекта – добыча «белой нефти» максимально экологичным способом. В ходе инициативы «Чистый литий для производства аккумуляторов» специалисты осушивают литийсодержащие воды глубокого залегания. При добыче образуется пар, который используют для производства энергии. Воду, получаемую при конденсации, закачивают обратно в землю. Таким образом производство практически не наносит вреда экологии.

В команде Vulcan Energy заявили, что проект обеспечит сырье для 500 тысяч аккумуляторов. Этого хватит для покрытия потребностей не только Германии, но и других европейских стран. Пока сырье в основном поставляется из Китая и Южной Америки, но открытие собственного завода позволит сократить зависимости Европы и вывести ее на самообеспечение.

Как увеличить емкость литиевого аккумулятора на 10-20%? Ученые нашли ответ

Кремний-углеродные аккумуляторы – новая перспективная технология в сфере хранения энергии. Новинка позволяет увеличить запас емкости батареи на 10-20% при сохранении ее габаритов. Кремний-углеродные АКБ толщиной менее 8 мм дают до 8 тысяч мАч, ускоряют зарядку и лучше работают в морозы. Сейчас модели батарей тестируют крупные производители электроники. Вероятно, совсем скоро новинку начнут ставить непосредственно в технику.

Кремний способен аккумулировать до 4,2 тысяч мА*ч/г, но при внедрении ионов лития его объем увеличивается в несколько раз, из-за чего электрод разрушается. Ученые решили проблему оригинальным способом: они распределили кремний в углеродной матрице, которая и начала принимать на себя механические повреждения. В результате внедрения всего 5-15% кремния емкость аккумулятора выросла на 10-20% без какого-либо серьезного ущерба самим АКБ.

Исследователи отмечают, что добавление кремния в литиевые батареи дает прекрасный результат. Они становятся более емкими, сохраняя при этом размеры, быстрее заряжаются, стабильно работают на холоде. Кроме того, даже при снижении напряжения устройства сохраняют большой остаток емкости.

Китайские ученые создали литиевый аккумулятор с невероятной энергоплотностью – технологии следующего поколения на подходе

Энергоносители развиваются со страшной скоростью, становясь больше, лучше и плотнее. На днях китайские ученые из Тяньцзиньского университета продемонстрировали итоги своей работы. Стоит отметить, что результаты поражают. Отчет был опубликован в международном академическом журнале Nature.

Эксперты разработали литий-металлический аккумулятор с плотностью энергии 600 Вт*ч/кг, а также модульный аккумулятор с плотностью 480 Вт*ч/кг. Это в 2-3 раза больше, чем технические характеристики самых распространенных батарей сегодня. По словам самих исследователей, такая высокая плотность позволит решить ряд вопросов производительности, а также увеличить срок службы АКБ.

В публикации уточнили, что ученые освоили все основные технологии производства, то есть литий-металлические батареи нового поколения готовы к массовому производству. Вероятно, вскоре мы увидим их на отраслевом рынке.

Кремний-углеродные аккумуляторы: что известно об этой новинке?

Кремний-углеродные аккумуляторы – новая технология, которая позволила совершить скачок в автономности электрических устройств. Ее главная особенность заключается в использовании кремния для анода вместо графита. Если емкость последнего составляет около 372 мА•ч/г., то у кремния она доходит до 4200 мА•ч/г. Говоря простыми словами, кремниевый анод способен удержать в 10 раз больше ионов лития.

Увы, новинку долго не могли использовать из-за значительного минуса. При зарядке кремний раздувается на 300-400%, это приводило к разрушению внутренней структуры электрода и быстрой деградации, а иногда и ко вздутию.

Ученым наконец удалось решить проблему. Они поместили кремний в стабильную углеродную матрицу. Прочный каркас сдерживал расширение кремния, последний обеспечивал прирост емкости.

Но что это дает? Технология позволяет увеличить технические характеристики аккумулятора без изменений в размерах и массе. Например, стандартная батарея для смартфона на 5000 мА•ч сможет давать 5500-6000 мА•ч. Раньше такое было возможно только при увеличении самой АКБ.

Предсказания в деле: ученые научились читать судьбу литиевых аккумуляторов по первым циклам

Литиевые металлические батареи (ЛМБ) – прорывная технология, которая, возможно, способна изменить всю энергосферу. Однако ученые никак не могли решить одну проблему: аккумуляторы постепенно теряли эффективность, но найти причину никак не удавалось. Исследователи разбирали уже «мертвые» АКБ и видели следствие, а не сам процесс.

Группа ученых из Шэньчжэня совершила прорыв в этой области. Они разработали модель, которая определяет по первым циклам, когда батарея выйдет из строя. Судьбу ЛМБ можно увидеть по первым двум циклам. Тогда появляются «электрохимические отпечатки», это уникальные признаки, по которым получится определить тип будущей поломки. Открытие позволит сократить время тестирования с нескольких месяцев до пары дней.

Ученые обучили модель трем основным сценариям: кинетический отказ (батарея медленно заряжается и разряжается), потеря обратимости (литий перестает возвращаться на анод) и смешанный сценарий. Для обучения использовали огромный массив данных и машинное обучение.

В Швейцарии представили электрический гусеничный экскаватор – будущее все ближе!

Помните времена, когда любой электротранспорт вызывал удивление? Как на улицах постепенно появлялись электрокары, электробусы, электросуда? Сфера не стоит на месте, и теперь мы можем наблюдать электрическую строительную технику.

Швейцарская машиностроительная компания Liebherr презентовала полностью электрический гусеничный экскаватор R 920 G8-E весом 20 тонн. Машина работает на литий-ионных батареях емкостью 188 или 282 кВт*ч, их заряда хватает на несколько часов работы. Есть функция быстрой зарядки.

Новинка оснащена системой управления INTUSI. Это интеллектуальный интерфейс, который обладает функциями тактильной и оптической обратной связи. Проще говоря, он распознает руки конкретного оператора. Экскаватор отличается низким уровнем шума и отсутствием локальных выбросов, при этом по производительности не уступает дизельным аналогам.

Ранее Liebherr уже экспериментировал с карьерными экскаваторами на электричестве. Теперь планируется расширение линейки, так что вероятно вскоре мы увидим и другую электрическую строительную технику.

За кулисами азиатского роботостроения – в Subaru создали новые литиевые аккумуляторы для роботов

В компании Subaru объявили о внедрении твердотельных аккумуляторов, которые планируют вставлять в роботов. АКБ произвели в японской компании Maxell. В отличие от привычных моделей литиевых батарей, в твердотельных вместо жидкого электролита используют керамоподобный материал.

Производитель утверждает, что новинка отличается высокой энергоплотностью и устойчивостью к деградации. Кроме того, она поддерживает функцию быстрой зарядки. Аккумуляторы выдерживают до 10 лет без замены, тогда как раньше их приходилось менять в несколько раз чаще из-за изношенности.

Новые литиевые батареи уже поставили в 9 роботов на заводе в Ойзуми, где выпускают трансмиссии и моторы. Этим устройствам требуется намного больше энергии, чтобы работать без перерыва. В компании считают, что данное нововведение снизит объем отходов и сократит затраты на обслуживание оборудования.

Финский производитель строительной техники представил литиевый аккумулятор второго поколения

Компания-производитель строительной техники Kalmar из Финляндии на днях представил любопытную новинку – литий-ионный аккумулятор второго поколения, точнее, целую систему. Ее предполагается использовать в линейке автопогрузчиков с противовесом, например, в вилочных моделях или в погрузчиках для пустых контейнеров.

Создатели заявляют, что их новинка отличается повышенной энергоемкостью, стабильностью в работе в течение продолжительного времени, а также предсказуемой линией производительности и длительным сроком эксплуатации. Например, электрические ричстакеры будут работать до 10 часов в интенсивном режиме. Благодаря высокой термостойкости машины смогут функционировать даже в условиях жаркого климата.

Помимо интересных технических характеристик новинка отличается удобством пользования. Фирма обещает снижение затрат на замену батарей и упрощения планирования смен. Все вместе это приведет к уменьшению общей стоимости строительной техники. По словам представителя Kalmar, их аккумуляторная система поможет перейти на полностью электрические автопарки без потери производительности.

Китай и Швейцария начнут совместную добычу лития в Аргентине

О новом отраслевом партнерстве было объявлено несколько дней назад. Китайский горнодобывающий гигант Ganfeng Lithium и швейцарский производитель лития Lithium Argentina решили объединить усилия и договорились о разработке одного из крупнейших в Южной Америке проектов по производству лития. О соглашении сообщил информационный портал South China Morning Post.

Обе компании занимают высокие места в мировом производстве «белой нефти». Ganfeng является крупнейшим литиевым производителем в Китае, Lithium Argentina занимается добычей на северо-западе страны. Согласно документам, 2/3 новой компании будет принадлежать Китаю, остальная треть – Швейцарии.

Целью объединенного предприятия является добыча 150 тысяч тонн карбоната лития в год. Сам проект собираются осуществить в три этапа, по 50 тысяч тонн. При добыче будут использовать гибридный метод, в котором используют солнечное испарение, а также получают литий напрямую.

Согласно планам, технико-экономическое обоснование будет готово к концу 2025 года. Затем в первой половине следующего года его отправят для участия в аргентинской программе стимулирования крупных инвестиций.

Американские ученые подсчитали перспективы создания передовой энергосистемы на основе литиевых аккумуляторов

Ученые не только разрабатывают новые литиевые аккумуляторы и их детали, но и занимаются прогнозированием будущего. Недавно исследователи из Университета Айдахо (США) решили оценить, возможно ли создать глобальную энергетическую систему будущего с использованием аккумуляторов на основе литий-железо-фосфата. Они выяснили, сколько всего лития потребуется, чтобы создать полностью безуглеродную энергосистему к 2050 году и хватит ли ресурса планете.

Результат обнадеживает по прогнозам специалистов, лития на планете достаточно, а затраты сопоставимы с аналогами. При этом экологические и социальные риски минимальны.

По оценкам экспертов, для обеспечения стабильности сети мощностью 77 000–89 000 ТВт*ч в год, потребуется 22,2-25,7 ТВт*ч накопителей энергии. Это эквивалентно строительству 2,22-2,57 млн энергоблоков мощностью 10 МВт*ч каждый. Для одного такого блока требуется около 1,94 тонны лития, а для всей системы от 4,31 до 4,99 млн тонн. По их прогнозам, общий спрос на литий не превысит 6,44 млн тонн.

Новый китайский литиевый аккумулятор превзошел американский по емкости – нас ждет прорыв?

Ученые из Тяньцзиньского университета в Китае уверенно обгоняют американских и европейских коллег в разработке новых литиевых аккумуляторов. На днях они представили новый электролит, который, по словам исследователей, «ломает современные концепции».

Аккумулятор с такими электролитами обладает рекордной плотностью, ее показатель в два раза выше, чем у американского аналога. При этом АКБ безопасны и надежны, они устойчивы к возгораниям.

Наглядный пример. У одного из популярных литий-железо-фосфатных аккумуляторов плотность 150 Вт*ч/кг, а у АКБ, который используют в том числе в электрокарах – около 300 Вт*ч/кг. У новинки же энергоплотность составляет 600 Вт*ч/кг, то есть в два раза больше. Только представьте, какие возможности открываются с такой АКБ!

Все дело в электролите, точнее, в химической и электрической активности сольватной структуры. Это группы молекул растворителя, которые собираются вокруг ионов лития и обеспечивают их подвижность. Батареи работают дольше и стабильнее, одного заряда хватает надолго.

Как увеличить срок службы литий-серных батарей? Норвежские ученые нашли ответ!

Литий-серные батареи хороши по многим параметрам. Они отличаются высокой безопасностью и большим энергозапасом, быстрее заряжаются и стоят дешевле. Но их практически не используют в промышленности, так как они слишком быстро деградируют и приходят в негодность.

Причина – так называемый челночный эффект. Во время зарядки и разрядки образуются полисульфиды лития, которые перемещаются между катодом и анодом и мешают работе батареи. Аккумулятор быстро теряет емкость и приходит в негодность.

Проблему пытались решить не раз, но чаще всего внимание ученых останавливалось на катодах и электролитах. Исследователи из Норвежского научно-технического университета решили пойти другим путем и преуспели. Они придумали нанести на стенки сепаратора специальное покрытие, которое блокирует вредные химические вещества и позволяет ионам лития свободно проходить.

Результаты уже впечатляют. Количество циклов зарядки литий-серных АКБ выросло в 5 раз – с 200 циклов до 1000. Это позволит использовать недорогие литий-серные батареи в различных областях.

Переработка «мертвых» литиевых аккумуляторов поможет спасти экологию?

В новом исследовании Университета Эдит Коуэн (Австралия) аспирантка Садия Африн привела интересные факты. Многие не сомневаются в важности лития в наши дни: электроника и перезаряжаемая электротехника работает в основном на литиевых аккумуляторах, а потому этот металл крайне важен для стран.

Вот только мало кто знает, что литиевые батареи отправляются на свалку, выработав всего 20% своего запаса. То есть в батарее осталось 80% литиевой емкости, но из-за общей деградации ее выбрасывают. Учитывая быстрый рост потребности в металле, такое транжирство недопустимо, считает исследовательница Садия Африн.

Ученая отметила, что Австралия могла бы генерировать до 137 тысяч тонн лития к 205 году. Причем это будет очищенный, готовый к дальнейшему использованию металл. Конечно, только переработанного материала не хватит на удовлетворение растущих нужд, но это могло бы сократить использование земель и их загрязнение, снизить выбросы парниковых газов и минимизировать отходы.

В Новосибирске ученые придумали, как сделать литиевые аккумуляторы быстрее и долговечнее

Интересные новости пришли из Новосибирского государственного технического университета НЭТИ. Команда специалистов разработала инновационный метод сохранения литий-ионных аккумуляторов, ознакомиться с ним желающие могут на демонстрационном стенде в самом вузе. Специалисты отмечают, что новый способ во многом превосходит зарубежные аналоги.

Аспирант кафедры электротехнических комплексов факультета мехатроники и автоматизации НГТУ НЭТИ Ильхам Халиков рассказал о разработке, которую он провел в рамках студенческого стартапа. Она помогла решить проблему преждевременного выхода из строя АКБ при некорректном использовании.

Для сохранения технических данных литиевых батарей Ильхам Халиков собрал передвижной стенд из 30 модулей, которые выполняют заряд и разряд аккумуляторов по заданным параметрам и регистрируют заданные значения токов, напряжения, температуры и других параметров. По этим данным программа анализирует процесс деградации батареи и подбирает режим работы, который позволит АКБ прослужить как можно дольше.

В США обнаружено крупнейшее литиевое месторождение – как это повлияет на мировой рынок?

На территории США под высыхающим озером Солтон-Си в Южной Калифорнии исследователи обнаружили одно из крупнейших (а то и самое крупное!) месторождений лития. Его стоимость оценивается в 540 млрд долларов – этого хватит на производство более 380 млн аккумуляторов для крупной техники и электрокаров.

Озеро Солтон-Си расположено в округе Империал. Оно постепенно высыхает, благодаря чему ученые получили возможность как следует изучить его. Водоем и раньше казался перспективным, но никто не ожидал, что под толщей воды спрятаны такие запасы ценного металла. Профессор геохимии Майкл Маккиббен уже назвал территорию «одним из крупнейших месторождений литиевой рапы в мире».

Губернатор Калифорнии Гэвин Ньюсом о вовсе окрестил Солтон-Си «Саудовской Аравией лития». Если его начнут разрабатывать, то США больше не будет нуждаться в покупке китайского лития, хватит своих запасов на десятки лет.

Примечательно, что округ Империал – один из беднейших регионов Калифорнии с высоким уровнем безработицы. Приход сюда горнодобывающих компаний позволит создать новые места работы и поднять экономику.