Недорогой катод, который может улучшить литий-ионные батареи и повлиять на рынок электромобилей и крупномасштабных систем хранения энергии, создали исследователи из Технологического института Джорджии под руководством Хайлонга Чена. Чен, доцент Школы машиностроения имени Джорджа Вудруфа и Школы материаловедения и инженерии, считает, что они нашли недорогую и устойчивую альтернативу существующим катодным материалам. Новый материал — хлорид железа (FeCl3) — стоит всего 1–2% от стоимости обычных катодных материалов и накапливает столько же электроэнергии. Катодные материалы влияют на ёмкость, энергию и эффективность батареи, а значит, на её производительность, срок службы и доступность. Изобретение команды Чена может стать важным событием. Их катод улучшит рынок электромобилей и литий-ионных батарей. Литий-ионные батареи, впервые представленные Sony в 1990-х годах, стали использоваться в персональной электронике. Позже эта технология перешла на электромобили. Но стоимость таких батарей особенно важна для крупных потребителей энергии. В настоящее время батареи составляют около половины стоимости электромобиля, что делает их дороже машин с двигателем внутреннего сгорания. Катод команды Чена способен это изменить. Создание лучшей батареиПо сравнению со щелочными и свинцово-кислотными батареями, LIB-батареи компактнее и могут дольше работать без подзарядки. Но они содержат дорогие металлы, такие как кобальт и никель, и имеют высокую стоимость производства. На данный момент коммерчески доступны только четыре типа катодов для LIB. Катод Чена станет пятым типом и позволит сделать большой шаг вперёд в технологии: разработать полностью твердотельный LIB. В традиционных LIB используются жидкие электролиты, которые ограничивают количество хранимой энергии, могут протекать и загораться. В полностью твердотельных LIB применяются твёрдые электролиты. Это значительно повышает эффективность и надёжность батареи, делает её более безопасной и способной хранить больше энергии. Эти батареи пока находятся на стадии разработки и тестирования, но станут значительным улучшением. Исследователи и производители по всему миру работают над созданием полностью твердотельных технологий. Чен и его коллеги предложили доступное и надёжное решение. Благодаря катоду из FeCl3, твёрдому электролиту и металлическому литиевому аноду стоимость всей системы батарей составляет 30-40% от стоимости нынешних LIB.
Уверенное начало нового открытияЧен заинтересовался FeCl3 в качестве катодного материала во время исследований его лаборатории в области твердотельных электролитов. С 2019 года они пытались создать твердотельные батареи, используя твёрдые электролиты на основе хлоридов с традиционными коммерческими оксидными катодами. Но материалы не подходили друг другу. Исследователи решили, что катод на основе хлорида может лучше сочетаться с хлоридным электролитом и повысить производительность батареи. Чен говорит:
В настоящее время катоды для EV чаще всего делают из оксидов никеля и кобальта. Эти тяжёлые элементы дорогие, токсичные и вредят экологии. Катод команды Чена сделан из железа и хлора — доступных элементов, которые есть в стали и поваренной соли. Первые испытания показали, что FeCl3 работает не хуже других, более дорогих катодов. Например, его рабочее напряжение выше, чем у популярного LiFePO4 (литий-железо-фосфат или LFP). До применения этой технологии в электромобилях пройдёт не более пяти лет. Чен и постдок Чжантао Лю руководили работой. В исследовании также принимали участие учёные из Технологического института Джорджии, Национальной лаборатории Ок-Ридж и Хьюстонского университета.
Результаты опубликованы в издании Nature Sustainability. 24.09.2024 |
Энергия
Energy & Fuels: Отработанное масло пустят в ход — на переработку в биодизель | |
Новый способ производства биодизеля из от... |
Эксперт ТИСБИ дал оценку готовности Татарстана к переходу на водород | |
Мировой рынок водородной энергетики к 203... |
PRX Energy: Открыты перспективные материалы для термоядерных реакторов | |
Ядерный синтез может стать идеальным решением ... |
PNAS Nexus: Ученые воссоздали в лаборатории ключевой элемент фотосинтеза | |
Человек научился делать многое, но у ... |
J. Mater. Chem. A: Литий-ионные батареи станут безопаснее и эффективнее | |
Новое объяснение эффекта этиленкарбоната ... |
EPSR: ИИ повысит надежность электросетей с учетом роста энергопотребления | |
Из-за распространения возобновляемых источнико... |
APL: Исследователи изучают фотоэлектрический феномен в перспективном материале | |
Необычный фотовольтаический эффект, BPV, в&nbs... |
Frontiers in Energy: Катализатор Fe-N-C превзойдет платину в топливных элементах | |
Топливные элементы и металловоздушные бат... |
Matter: Гибридные перовскиты прокладывают путь к новым лазерам и светодиодам | |
Исследователи разработали методику создания сл... |
В Пермском Политехе создали установку для исследования новых видов топлива | |
Учёные исследуют новый вид горючего ... |
Chemistry of Materials: Открыт перспективный твердый электролит из наночастиц | |
Аккумуляторы играют важную роль в совреме... |
Водные системы могут помочь ускорить внедрение возобновляемых источников энергии | |
Системы водоснабжения помогают сделать возобно... |
Nature Nanotechnology: Решена ключевая проблема натрий-ионных батарей | |
Литий-ионные батареи широко используются в&nbs... |
JAC: Ученые исследовали эффективность пьезокатализа Bi2WO6-x | |
Пьезокатализ — перспективная эколог... |
NatSustain: Новый материал катода может произвести революцию в хранении энергии | |
Недорогой катод, который может улучшить литий-... |
eScience: С помощью реактивной химии ученые создали анод без дендритов | |
Металлические калиевые батареи, МБК &mdas... |
Система искусственного фотосинтеза производит этилен с высочайшей эффективностью | |
Чтобы использовать CO₂ для создания эколо... |
NatComm: Инженеры создают долговечный и дешевый электролит для аккумуляторов | |
Возобновляемые источники энергии, такие как&nb... |
В ЛЭТИ создали цифрового двойника для оптимизации солнечных электростанций | |
Рост населения и развитие технологий прив... |
EES Catalysis: Новые ячейки превращают углекислый газ в экологичное топливо | |
Новый метод переработки бикарбонатного раствор... |
ACS Energy Letters: Новую батарею можно резать, можно бить — все равно работает | |
В большинстве аккумуляторов для портативн... |
Nature Climate Change: Богатые тоже пачкают атмосферу | |
Углеродный след богатых людей в обществе ... |
Учёные НИУ МЭИ создали энергоустановку на основе бионических технологий | |
Исследователи создали энергоустановку для ... |
Кремний с высокой площадью поверхности улучшает реакцию CO2 на свету | |
Учёные работают над превращением углекисл... |
В ЛЭТИ улучшили свойства материала для более долговечных солнечных батарей | |
Исследователи создали наноматериалы, которые с... |
Nature Electronics: Создан напалечный трекер здоровья, черпающий энергию из пота | |
Устройство, работающее от пота, позволяет... |
Nature Sustainability: Электролиты на основе нафталина пригодятся для батарей | |
ORAM — это органические редокс... |
Science: В США разрабатывают метод переработки лопастей ветряных турбин | |
Исследователи из Национальной лаборатории... |
Терагерцовая спектроскопия позволяет следить за старением перовскитовых пленок | |
Гибридные перовскиты могут использоваться в&nb... |
Scientific Reports: Создан новый храповик с геометрически симметричной шестерней | |
Храповой механизм — это систем... |