Литий-ионные аккумуляторы с двойным градиентом

04.11.2024

Современные литий-ионные аккумуляторы играют ключевую роль в развитии электромобилей и сетевых накопителей энергии. Однако, для массового внедрения этих технологий необходимы улучшения в производительности, долговечности и экономичности батарей. Ученые из Национальной лаборатории Аргонн сделали важный шаг в этом направлении, разработав новую конструкцию катодов с двойным градиентом, которая обещает значительно повысить эффективность литий-ионных батарей.

Идея двойного градиента базируется на предыдущем прорыве, сделанном в Аргонн в 2012 году, когда была создана катодная структура с градиентом состава. Тогда ученые усовершенствовали катоды, регулируя соотношение никеля, марганца и кобальта в их частицах. Это позволило увеличить плотность энергии и долговечность батарей. Однако новая конструкция делает еще один шаг вперед: помимо градиента состава, она включает структурные градиенты, что приводит к еще большей стабильности и эффективности.

Основное преимущество новой технологии заключается в сочетании двух ключевых элементов катода. Неупорядоченная поверхность частиц обеспечивает повышенную стабильность, предотвращая образование трещин и повреждений, которые часто возникают при высоких напряжениях. Одновременно упорядоченное ядро катода способствует эффективной передаче литий-ионов, что важно для улучшения скорости зарядки и разрядки. Такая структура помогает поддерживать высокую производительность аккумулятора даже при продолжительной эксплуатации.

Чтобы подтвердить эффективность катодов с двойным градиентом, исследователи провели серию строгих испытаний. Катоды показали превосходную стабильность и сохранили почти всю свою емкость даже после 500 циклов зарядки и разрядки, потеряв лишь около 2% своей емкости. Это впечатляющий результат для батарей, работающих под высоким напряжением, где стабильность часто является слабым звеном.

Еще одним важным аспектом новой технологии является снижение содержания кобальта. Кобальт - это дефицитный и дорогой материал, использование которого увеличивает стоимость и экологический след производства батарей. В новой конструкции ученые смогли минимизировать его использование, сконцентрировав большую часть кобальта на поверхности частиц катода. В результате содержание кобальта внутри частиц уменьшилось до менее 2% по сравнению с 10-20% в предыдущих вариантах катодов. В перспективе исследователи планируют сократить содержание кобальта до 1%, что сделает производство батарей еще более экологически устойчивым.

Наряду с экономическими преимуществами, новая конструкция демонстрирует улучшенную термостойкость, что имеет решающее значение для безопасности батарей, особенно при высоких напряжениях. Повышенная термостойкость позволяет аккумуляторам сохранять работоспособность в сложных условиях эксплуатации, что особенно важно для электромобилей и энергетических сетей.

Таким образом, новая конструкция с двойным градиентом может значительно ускорить развитие и распространение электромобилей и систем хранения энергии. Она не только увеличивает срок службы и производительность батарей, но и помогает снизить зависимость от дорогих и дефицитных материалов, что делает аккумуляторы более доступными и экологичными.

<< Назад: Страх и отвращение влияют на работу желудка 04.11.2024

>> Вперед: Азиаты любять роскошь 03.11.2024

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Наушники Bowers & Wilkins Px8 S2 11.11.2025

Наушники премиум-класса становятся не только аксессуаром для прослушивания музыки, но и инструментом для профессиональной работы с аудио. Новый флагман британского бренда Bowers & Wilkins - модель Px8 S2 - демонстрирует, как эти аспекты можно объединить в одной беспроводной системе. Компания представила Px8 S2 как обновленную флагманскую модель в линейке, ориентированную на пользователей, которые ценят высокое качество звука, эффективное шумоподавление и премиальный дизайн. Производитель отмечает, что наушники сочетают передовые акустические решения с эргономикой для длительного использования. Каждое устройство оснащено 40-миллиметровыми динамиками с карбоновыми диффузорами и 24-битным цифровым процессором. По словам Bowers & Wilkins, это обеспечивает точное и детализированное воспроизведение звукового спектра, а также поддержку аудио высокого разрешения. Автоматическая оптимизация соединения с источником сигнала гарантирует стабильное и качественное звучание вне зависимо ...>>

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Случайная новость из Архива Яйца и помидоры для автозапчастей 19.08.2019 Профессор Университета штата Огайо Катрина Корниш объявила о начале эксперимента, в ходе которого изучат возможность использования яичной скорлупы и кожуры томатов для производства автомобильных запчастей. По мнению ученых, эти материалы вполне могут заменить часть технического углерода, которая сейчас применяется при выпуске резиновых изделий. "Меня поразило то, насколько жесткая кожура у помидоров, что позволяет им сохранять свою форму даже тогда, когда поверх одного томата навалены сотни других. То же самое и с яйцами - их скорлупа выдерживает огромное давление. Эти свойства - то, что нужно для автомобильных запчастей", - подчеркнула Корниш. В настоящее время подготовленные университетом рецептуры резиновой смеси с использованием яичных и томатных отходов проходят испытания у партнеров проекта. Ими уже стали американская компания Tenneco, выпускающая автокомплектующие, а также один неназванный производитель автомобилей. Это уже не первый случай использования натуральных материалов в деталях для машин. Например, оболочка ореха кешью и полученное из нее масло входит в состав большинства тормозных колодок.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025