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:

Особенности почек помогают легче переносить высоту 18.01.2025

Высокогорные регионы всегда привлекали внимание исследователей, изучающих, как человек адаптируется к жизни в условиях разреженного воздуха. Недавнее исследование группы ученых из Университета Маунт-Ройал в Канаде, возглавляемое доктором Тревором Деем, проливает свет на важную роль почек в акклиматизации к большим высотам. Работы канадских ученых объясняют, почему представители народности шерпа, которые веками живут в высокогорных районах Тибета, значительно лучше переносят высокогорье. В своем исследовании ученые наблюдали за дыханием и составом крови участников во время их подъема на высоту 4300 метров в Гималаях, в Непале. Эксперимент проводился с участием двух групп: одна состояла из жителей низменностей, не привыкших к горной среде, а другая - из шерпов, чей организм приспособлен к жизни на большой высоте. Основное различие между этими группами было в том, как их организмы реагировали на дефицит кислорода в воздухе. У шерпов наблюдалась более быстрая и масштабная адаптация к ...>>

Производство электричества с помощью термоядерного синтеза 18.01.2025

Американская компания Commonwealth Fusion Systems (CFS) нацелена на создание первой в мире термоядерной электростанции, способной подключаться к электрической сети. Этот амбициозный проект, известный как ARC (Affordable, Robust, Compact), будет построен вблизи города Ричмонд, штат Вирджиния. В соответствии с планами, новая электростанция сможет производить до 400 мегаватт чистой энергии, что вполне хватит для обеспечения электричеством 150 тысяч домохозяйств. Прогнозируется, что станция начнет работу в 2030-х годах. Принцип работы термоядерной электростанции основан на процессе термоядерного синтеза, который происходит в ядре звезд. В отличие от традиционной атомной энергетики, где используется деление ядер атомов с образованием радиоактивных отходов, термоядерный синтез создает в качестве побочного продукта безопасный гелий. Для того чтобы удерживать плазму с температурой свыше 100 миллионов градусов Цельсия, установка будет использовать мощные магнитные поля. Тем не менее, н ...>>

Экологическая защита для овощей и фруктов 17.01.2025

Исследователи из женского колледжа Шри Нараяна в Колламе, Керала, Индия, разработали инновационный способ продления свежести фруктов и овощей. Группа под руководством Пурнимы Виджаян предложила использовать съедобное покрытие, созданное на основе целлюлозных нановолокон (CNF), полученных из луковой шелухи. Этот подход не только продлевает срок хранения продуктов, но и способствует их безопасности благодаря включению нанокуркумина, известного своими антимикробными свойствами. Основным компонентом покрытия являются CNF, полученные из переработанных отходов лука. Эти нановолокна соединяются с синтетическим биополимером, который улучшает структуру покрытия, устраняя проблемы с водостойкостью и термической стабильностью, ранее свойственные материалам на основе CNF. Кроме того, добавление нанокуркумина усиливает антимикробные свойства покрытия, делая его особенно эффективным для предотвращения порчи. Для проверки эффективности этой разработки ученые провели эксперимент с апельсинами. П ...>>

Смарт-часы Garmin Instinct 3 17.01.2025

Компания Garmin представила свои новые смарт-часы Instinct 3, которые являются последним поколением популярных часов для активного отдыха. Модель сочетает в себе высокую технологичность, улучшенную автономность и стильный дизайн, что делает ее идеальным выбором для людей, ведущих активный образ жизни. Garmin Instinct 3 предлагает улучшенные функции и отличную автономность, делая эти смарт-часы идеальными для любителей активного отдыха и экстремальных видов спорта. Это устройство сочетает в себе высокую прочность, функциональность и стиль, что делает его ценным аксессуаром для всех, кто хочет контролировать свое здоровье и оставаться на связи в любых условиях. Одной из главных особенностей Instinct 3 является наличие AMOLED-дисплея (или солнечного дисплея), который значительно улучшает визуальное восприятие и удобство использования устройства. Также новая версия получила металлическую рамку и встроенный фонарик, что добавляет дополнительную функциональность и делает часы более уни ...>>

Носить младенца удобнее слева 16.01.2025

Материнский инстинкт - удивительное явление, которое на протяжении тысячелетий помогает мамам заботиться о младенцах. Несмотря на развитие технологий и изменения образа жизни, многие аспекты ухода за детьми остаются неизменными. Одним из таких интуитивных действий является привычка держать ребенка на левой стороне тела. Как выяснили ученые, эта привычка связана не с доминирующей рукой, как предполагалось ранее, а с более глубокой биологической и эмоциональной причиной. Ношение ребенка на левой стороне обеспечивает ему большую безопасность и помогает установить тесную эмоциональную связь между матерью и младенцем. Правая половина мозга, управляющая левой стороной тела, отвечает за обработку эмоций и социальные сигналы. Когда ребенок находится с левой стороны, правое полушарие матери активнее реагирует на его мимику, плач и другие сигналы. Это позволяет маме быстрее распознавать и понимать эмоциональные состояния малыша, такие как страх, дискомфорт или радость. Такая связь особенно ...>>

Случайная новость из Архива Система охлаждения видеокарты WindForce Air Cooling System 600 Watt Edition 07.06.2014 Компания Gigabyte, одной из областей специализации которой является выпуск 3D-карт, представила систему охлаждения WindForce Air Cooling System 600 Watt Edition. Сам производитель называет новинку самой мощной воздушной системой охлаждения для 3D-карты. Изделие продолжает традиции кулера WindForce 450W. В нем применены как проверенные составляющие, такие, как технология Triangle Cooling, так и нововведения. К таким относятся новая форма лопастей вентиляторов и пластин радиаторов, а также тепловые трубки из композита на основе меди. Как утверждается, все это наделяет новый охладитель повышенной эффективностью отвода тепла. Как понятно по обозначению, кулер способен справиться с мощностью до 600 Вт. Одновременно представлена система жидкостного охлаждения WaterForce All-in-one External Liquid Cooling System, рассчитанная на использование в системах с тремя 3D-картами GeForce GTX 780 Ti, включенными в режиме SLI. Панель управления этой СВО позволяет контролировать температуру GPU, скорости работы вентиляторов и помп. С помощью WaterForce можно опустить температуру GPU на 42,9% по сравнению с той, которую обеспечивает штатный охладитель. При этом уровень шума будет на 13,1 дБ ниже.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025