«Росатом» открыл в Москве новое производство литий-ионных аккумуляторов
https://ria.ru/20221214/akkumulyatory-1838605894.html
«Росатом» открыл в Москве новое производство литий-ионных аккумуляторов
«Росатом» открыл в Москве новое производство литий-ионных аккумуляторов — РИА Новости, 14.12.2022
«Росатом» открыл в Москве новое производство литий-ионных аккумуляторов
«Росатом» открыл в Москве новое сборочное производство литий-ионных систем накопления энергии — его первой продукцией стали тяговые аккумуляторные батареи для… РИА Новости, 14.12.2022
2022-12-14T14:43
2022-12-14T14:43
2022-12-14T16:29
экономика
технологии
москва
санкт-петербург
государственная корпорация по атомной энергии «росатом»
твэл
россия
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/0c/09/1762953823_0:146:3072:1874_1920x0_80_0_0_3685bb477f7b7f7f4995896e24ce7d22.
jpg
МОСКВА, 14 дек — РИА Новости. «Росатом» открыл в Москве новое сборочное производство литий-ионных систем накопления энергии — его первой продукцией стали тяговые аккумуляторные батареи для троллейбусов, которые будут работать на улицах Санкт-Петербурга.Церемония открытия производства, расположенного на территории Московского завода полиметаллов (МЗП, входящего в топливную компанию ТВЭЛ «Росатома»), прошла в среду.»Первыми образцами, собранными на площадке, стали тяговые аккумуляторные батареи для троллейбусов с увеличенным автономным ходом, предназначенные для работы на городских маршрутах в Санкт-Петербурге», — говорится в сообщении ТВЭЛ.Серийное производство батарей для электротранспорта и стационарных систем накопления энергии создано входящей в ТВЭЛ компанией «Рэнера» — интегратором атомной отрасли по системам накопления энергии. Мощность нового производства на МЗП в 10 раз выше по сравнению с опытным производственным участком, созданным на предприятии в 2021 году. Годовой объем выпуска продукции составит до 150 МВт-ч батарей для стационарных систем (совокупная емкость выпускаемых устройств) или порядка 2 тысяч тяговых аккумуляторных батарей для электротранспорта.
В портфель заказов производства на 2023 год входят тяговые аккумуляторные батареи для городского общественного электротранспорта. Также запланирован выпуск опытных образцов батарей для линейки легкового электротранспорта российского производства. Подтвержденные потребности на стационарные системы накопления энергии составляют не менее 50 МВт-ч.»Рэнера» также реализует проект по строительству в Калининградской области завода по производству литий-ионных ячеек и аккумуляторных батарей. Президент АО «ТВЭЛ» Наталья Никипелова на церемонии отметила, что завод общей мощностью выпускаемых устройств около 4 ГВт-ч в год заработает в 2025 году, а в 2024-м «там будет запущен сборочный участок», передаёт корреспондент РИА Новости.»Поскольку мы понимаем, что до 2024 года потребности Российской Федерации не могут не удовлетворяться, мы и решили создать здесь в Москве этот относительно небольшой, но большой, на самом деле, по масштабам рынка в России, сборочный участок», — пояснила она.»Наши решения сейчас представлены в транспортных применениях от электрокартов до карьерных самосвалов, в стационарных системах — от киловатного класса накопителей до мегаватного класса накопителей», — добавил гендиректор «Рэнеры» Александр Камашев.
https://ria.ru/20221214/nauka-1838593406.html
https://ria.ru/20221206/rzm-1836479079.html
https://ria.ru/20211209/akkumulyator-1762953831.html
москва
санкт-петербург
россия
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2022
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.
img.ria.ru/images/07e5/0c/09/1762953823_0:0:2732:2048_1920x0_80_0_0_1ac1c25459aee89577fa335de6fcdfcd.jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
экономика, технологии, москва, санкт-петербург, государственная корпорация по атомной энергии «росатом», твэл, россия
Экономика, Технологии, Москва, Санкт-Петербург, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», ТВЭЛ, Россия
МОСКВА, 14 дек — РИА Новости. «Росатом» открыл в Москве новое сборочное производство литий-ионных систем накопления энергии — его первой продукцией стали тяговые аккумуляторные батареи для троллейбусов, которые будут работать на улицах Санкт-Петербурга.
Церемония открытия производства, расположенного на территории Московского завода полиметаллов (МЗП, входящего в топливную компанию ТВЭЛ «Росатома»), прошла в среду.
Главные события 2022 года в российской науке
14 декабря 2022, 14:23
«Первыми образцами, собранными на площадке, стали тяговые аккумуляторные батареи для троллейбусов с увеличенным автономным ходом, предназначенные для работы на городских маршрутах в Санкт-Петербурге», — говорится в сообщении ТВЭЛ.
Серийное производство батарей для электротранспорта и стационарных систем накопления энергии создано входящей в ТВЭЛ компанией «Рэнера» — интегратором атомной отрасли по системам накопления энергии. Мощность нового производства на МЗП в 10 раз выше по сравнению с опытным производственным участком, созданным на предприятии в 2021 году. Годовой объем выпуска продукции составит до 150 МВт-ч батарей для стационарных систем (совокупная емкость выпускаемых устройств) или порядка 2 тысяч тяговых аккумуляторных батарей для электротранспорта.
В портфель заказов производства на 2023 год входят тяговые аккумуляторные батареи для городского общественного электротранспорта. Также запланирован выпуск опытных образцов батарей для линейки легкового электротранспорта российского производства. Подтвержденные потребности на стационарные системы накопления энергии составляют не менее 50 МВт-ч.
«Это отразится на всем»: в России возродят важнейшую отрасль промышленности
6 декабря 2022, 08:00
«Рэнера» также реализует проект по строительству в Калининградской области завода по производству литий-ионных ячеек и аккумуляторных батарей. Президент АО «ТВЭЛ» Наталья Никипелова на церемонии отметила, что завод общей мощностью выпускаемых устройств около 4 ГВт-ч в год заработает в 2025 году, а в 2024-м «там будет запущен сборочный участок», передаёт корреспондент РИА Новости.
«Поскольку мы понимаем, что до 2024 года потребности Российской Федерации не могут не удовлетворяться, мы и решили создать здесь в Москве этот относительно небольшой, но большой, на самом деле, по масштабам рынка в России, сборочный участок», — пояснила она.
«Наши решения сейчас представлены в транспортных применениях от электрокартов до карьерных самосвалов, в стационарных системах — от киловатного класса накопителей до мегаватного класса накопителей», — добавил гендиректор «Рэнеры» Александр Камашев.
Какой аккумулятор выбрать, чтоб авто завелось в мороз — советы экспертов
9 декабря 2021, 16:20
интервью с доктором Акирой Ёсино, лауреатом Нобелевской премии 2019 г.
Сентябрь 2020 г.
Томоки Саваи, Бюро ВОИС в Японии
Лауреат Нобелевской премии по химии 2019 г. АкираЁсино (на фото) разработал первый коммерчески
успешный литий-ионный аккумулятор.
(Фото: Бюро ВОИС в Японии)
В 2019 г. Нобелевская премия по химии была присуждена д-ру Акире Ёсино, д-ру Стэнли Уиттинхэму и д-ру Джону Гуденафу за основополагающую работу по созданию литий-ионных аккумуляторов, этих миниатюрных энергетических систем, от которых зависит энергообеспечение наших мобильных устройств.
Благодаря изобретению легких модулей питания начался взрывной рост в области мобильной электроники. Кроме того, сегодня они приносят и экологическую выгоду, позволяя разрабатывать электромобили с большим запасом хода и способы эффективного хранения энергии из возобновляемых источников.
Д-р Ёсино изобрел и запатентовал первый в мире литий-ионный аккумулятор, после чего вся его деятельность была связана с совершенствованием этой технологии. За время своей работы он получил более 60 патентов, связанных с литий-ионными аккумуляторами. В этом интервью он рассказывает о трудностях, которые ему пришлось преодолеть в процессе их разработки, и о роли стратегического использования патентных прав в формировании процветающего глобального рынка для этой технологии.
Как вы начали заниматься химией?
Я всегда интересовался природой. Однажды, еще в начальной школе, один из учителей посоветовал мне прочитать книгу Майкла Фарадея «История свечи». В результате у меня родилось множество вопросов, хотя до этого я не интересовался химией.
Так все и началось. Затем я изучал квантовую органическую химию в Киотском университете.
Как вы начали разработку литий-ионного аккумулятора?
В начале 1970-х годов я присоединился к Группе поисковых исследований в Корпорации Asahi Kasei. Эта группа занималась изучением новых материалов общего назначения. Те проекты, в которых я работал изначально, не дали результатов, поэтому я начал искать новый объект приложения усилий. В то время наблюдался большой интерес к полиацетилену, удивительному электропроводящему полимеру, свойства которого были предсказаны д-ром Кэнъити Фукуи, первым лауреатом Нобелевской премии по химии из Японии. Открыт этот материал был д-ром Хидэки Сиракава, лауреатом Нобелевской премии по химии 2000 г.
Сначала я изучал виды применения полиацетилена. Однако на тот момент в японской электронике назрела потребность в новом легком и компактном аккумуляторе для обеспечения энергией разрабатываемых мобильных устройств. В этой области работали многие исследователи, но существовавшие анодные материалы были нестабильны и, возможно, небезопасны, т.
е. требовался новый анодный материал. Я предположил, что в этом качестве можно использовать исследуемый мною полиацетилен (потому что сквозь него могут проходить катионы, схожие с ионами лития), начал экспериментировать, и все получилось.
По сути дела, мое основное исследование по литий-ионным аккумуляторам началось в 1981 г., в тот год, когда профессор Фукуи получил Нобелевскую премию по химии. Примечательно, что исследованиями в этой области занимались восемь нобелевских лауреатов, что свидетельствует о сложности самой задачи.
К 1983 г. я разработал новый тип аккумулятора, где анод изготавливался из полиацетилена, а катод — из оксида лития-кобальта. Кстати, оксид лития-кобальта, первый катодный материал с содержанием ионов лития, выделил в 1980 г. один из моих коллег-лауреатов д-р Джон Гуденаф.
Как развивались ваши исследования после этого прорыва?
Какое-то время все шло хорошо. Прототип был на треть легче стандартного никель-кадмиевого аккумулятора, что было плюсом.
Однако нам не удалось добиться значительного снижения веса, и мы не смогли уменьшить размер аккумулятора. Это ставило вопрос о целесообразности работы в целом, так как для отрасли электроники миниатюризация была приоритетом.
Проблема заключалась в малой относительной плотности полиацетилена, из-за чего аккумулятор получался легким, но большим по размеру. Это делало его непрактичным. Мы начали искать подобный полиацетилену материал большей плотности. Идея состояла в том, чтобы использовать какой-нибудь углеродный материал (он обладает относительной плотностью примерно 2,2 и состоит из таких же сопряженных двойных связей, что и полиацетилен). Но подходящего углеродного материала не существовало, что нас очень расстраивало.
Литий-ионные аккумуляторы сделали мобильные информационные технологии реальностью сегодняшнего дня. А в будущем они станут одним из ключевых элементов формирования экологически устойчивого общества.
Однако решение было найдено в самой корпорации Asahi Kasei.
Другая исследовательская группа разработала новый углеродный материал, обладающий характерной кристаллической структурой. Это было углеродное волокно, выращенное из газовой фазы (VGCF). Оно стало хорошей заменой полиацетилену. Мне удалось получить образец этого материала. Как и ожидалось, когда мы сделали из него анод, получился легкий и компактный аккумулятор.
Как вы поняли, что миниатюризация важна?
Поскольку мы в Asahi Kasei не были специалистами по аккумуляторам, внутренние дискуссии по поводу того, что нужно отрасли, ни к чему не привели. И, конечно, мы не могли просто обратиться к производителю аккумуляторов и попросить предоставить нам конфиденциальные сведения о начальных этапах исследований. Однако я встретился с бывшим одноклассником одного из директоров Asahi Kasei. Этот человек был сотрудником компании, которая занималась производством аккумуляторов. В разговоре он подчеркнул важность миниатюризации, так как производителям смартфонов нужны были аккумуляторы, помещающиеся в узкие отсеки.
Для меня это было показательно в плане того, как важен обмен идеями между представителями разных отраслей. Подобное взаимодействие крайне важно для стимулирования технологического развития, равно как и широкого распространения и внедрения новых технологий.
Насколько общая специализация корпорации Asahi Kasei в области материаловедения повлияла на разработку литий-ионного аккумулятора?
Изначально задача заключалась в создании новых материалов на основе полиацетилена. Однако по мере хода исследований мы поняли, что отрасли необходимо множество новых материалов — для катодов, электролитов, сепараторов и т. д. Вместо того, чтобы сделать новый катод, возникла идея аккумулятора. Корпорация Asahi Kasei начала заниматься этой темой, потому что вела исследования в области новых материалов, и смогла разработать литий-ионный аккумулятор именно благодаря тому, что не была специалистом в этой области.
Если бы я занимался исследованиями в компании, производящей аккумуляторы, я бы вряд ли начал работать с полиацетиленом или VGCF.
В конечном итоге, стимулом для создания новых продуктов являются новые материалы и наличие возможностей для работы с ними.
Какое влияние оказали литий-ионные аккумуляторы?
Литий-ионные аккумуляторы сделали мобильные информационные технологии реальностью сегодняшнего дня. А в будущем они станут одним из ключевых элементов формирования экологически устойчивого общества. С точки зрения решения экологических проблем аккумулятор, способный хранить электричество, — это ключевое устройство. Это стало признаваться шире примерно в 2010 г., когда появились электромобили. В тот год был выпущен автомобиль Nissan Leaf. Это было действительно эпохальное событие.
С этого момента для производства электромобилей начали использовать литий-ионные аккумуляторы. За последующий период в области повышения энергоемкости литий-ионных аккумуляторов (т. е. того расстояния, которое можно проехать на одном заряде) и снижения издержек был достигнут большой прогресс. Однако до сих пор требуют решения проблемы, связанные с долговечностью (сроком службы) аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы не смогут решить все экологические проблемы, но в сочетании с другими инновациями, такими как искусственный интеллект (ИИ) и интернет вещей, они будут играть ключевую роль в формировании экологически устойчивого общества.
Вам принадлежит множество патентов. Что вы думаете о патентной системе?
Основополагающая цель патентного законодательства заключается в стимулировании технологического прогресса во всеобщих интересах. В обмен на исключительные патентные права необходимо раскрыть новую технологию обществу, способствуя тем самым ее широкому распространению.
Именно так произошло с литий-ионными аккумуляторами.
Корпорация Asahi Kasei добилась успеха в области разработки аккумуляторов, но не специализировалась в ней. Поэтому нам нужно было определить направление коммерческого использования этой технологии. После длительного обсуждения было решено следующее: a) наладить сотрудничество с подходящим партнером (Toshiba) в целях коммерциализации аккумуляторов;
b) начать коммерческое использование других связанных с аккумуляторами материалов в рамках существующего бизнеса Asahi Kasei, и
c) активно лицензировать технологию литий-ионных аккумуляторов.
Благодаря программе лицензирования технология литий-ионных аккумуляторов стала доступна множеству новых производителей, что позволило повысить ее рентабельность, надежность и безопасность. Также это способствовало распространению технологии, укреплению доверия потребителей и получению компанией прибыли от лицензирования. Технология и предоставляемые ею преимущества стали доступны каждому.
В этом весь смысл изобретений.
Как вы думаете, каким образом следует усовершенствовать систему интеллектуальной собственности?
В современном глобализированном мире стало сложно реализовывать исключительные права на патенты. Даже если запретить людям имитировать, они продолжают это делать! Более того, срок действия патентных прав ограничен, из-за чего крайне сложно получить выгоду от экономической ценности лишь посредством лицензирования. Думаю, необходимо задуматься о других способах обеспечения возврата инвестиций и окупаемости. Например, это может быть бизнес-модель на основе технологии литий-ионных батарей, в рамках которой технология коммерциализируется как услуга, а не как конечный продукт, что позволяет получать прибыль на последующих этапах. Подобную модель используют такие платформы, как Google, Apple, Facebook и Amazon. Она обеспечивает бóльшую окупаемость. Этим компаниям удалось преуспеть в создании подобных платформ и в установлении глобального стандарта, который расширил рынок для их технологических услуг.
Некоторые из них даже предоставляются бесплатно. Например, Google предоставляет свою операционную систему Android бесплатно в целях расширения сообщества ее пользователей. И здесь мы видим, что стоимость бизнеса по производству смартфонов создается не за счет самого телефона, а за счет его использования. Такая бизнес-модель часто встречается в сфере ИТ, и она вполне может стать стандартом в будущем.
Помогла ли вам патентная система получить Нобелевскую премию по химии 2019 г.?
Отличие отраслевых исследователей от академических ученых состоит в способе обнародования достигнутых результатов. Академические ученые публикуют результаты своего труда, а отраслевые исследователи включают их в патентную документацию, которая сложна для понимания и которую до недавнего времени не воспринимали достаточно серьезно в научных кругах.
Однако в сообщении Нобелевского комитета прямо упоминается прототип литий-ионного аккумулятора, который я создал и запатентовал в 1985 г. Так что, видимо, это стало важным фактором. Также определенную роль, судя по всему, сыграло признание со стороны независимого учреждения. За первый патент на литий-ионный аккумулятор я получил Европейскую премию изобретателей от Европейского патентного ведомства. Видимо, это стало важным фактором при отборе кандидатур на получение Нобелевской премии.
Мой совет молодежи таков: будьте любопытными и используйте свою энергию для формирования навыков, уверенности в себе и знаний, необходимых для совершения крупных открытий и создания прорывных изобретений, которые станут ключевыми в этом столетии.
В целом же я думаю, что с точки зрения Нобелевской премии отраслевые исследователи находятся в невыгодном положении, поскольку, как правило, технологии, изложенные в патентных заявках, в состоянии понять только патентные эксперты, к которым я испытываю большое уважение.
Какое напутствие вы могли бы дать молодым ученым?
Время, когда можно начать заниматься новой темой, ограничено определенным возрастом. Этот возраст составляет примерно 35 лет. Именно в этот период начинали свои исследования многие поколения исследователей, получивших впоследствии Нобелевскую премию. Я начал фундаментальные исследования по разработке литий-ионных аккумуляторов в возрасте 33 лет. Это тот период, когда ты понимаешь принципы функционирования компании и общества и когда у тебя есть уверенность и решимость для начала нового дела, а в случае неудачи есть время, чтобы начать заниматься чем-то еще.
Думаю, способность Японии давать миру нобелевских лауреатов в будущем будет зависеть от того, в какой среде работают 35-летние сегодня и есть ли у них возможность реализовывать свои идеи и вести те исследования, которые могут стать основой для прорыва, достойного Нобелевской премии.
Какой совет вы могли бы дать молодым людям, которые в будущем мечтают стать учеными?
Сегодня молодежи доступна любая информация. Но многим кажется, что для них уже не осталось крупных изобретений или открытий. Однако это не так. Мы еще очень многого не понимаем об устройстве жизни и природы, и множество открытий еще только предстоит совершить.
Мой совет молодежи таков: будьте любопытными и используйте свою энергию для формирования навыков, уверенности в себе и знаний, необходимых для совершения крупных открытий и создания прорывных изобретений, которые станут ключевыми в этом столетии. Мы еще очень многого не знаем. Инвестируйте в свое будущее с помощью обучения. Представьте себя в 35 лет и подумайте, над чем вы могли бы работать.
В принципе я не верю, что детей можно заставить учиться. Мы должны научить их думать самостоятельно и выбирать собственный путь.
Думаю, это лучшая стратегия.
Новые аноды помогают литий-ионным батареям заряжаться быстрее
Эта статья является частью нашей эксклюзивной серии IEEE Journal Watch, подготовленной совместно с IEEE Xplore.
Исследователи создали новую конструкцию литий-ионной батареи, которая обеспечивает лучший поток электронов через анод, значительно увеличивая емкость батареи и вдвое сокращая время, необходимое для зарядки. Улучшение описано в исследовании, опубликованном 14 апреля в IEEE Journal on Flexible Electronics 9.0004 .
Электромобили — это ключевой способ потенциального сокращения выбросов парниковых газов. Но литий-ионным батареям в этих автомобилях по-прежнему требуется некоторое время для зарядки, что может удержать некоторых людей от внедрения этой технологии.
«Существует огромная потребность в инновационных батареях, которые могут обеспечить возможность быстрой зарядки с более длительным сроком службы [батареи]», — говорит Химанага Эмани, доктор философии.
научный сотрудник кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Западного Мичигана, принимавший участие в исследовании.
В настоящее время литий-ионные батареи, используемые в электромобилях, имеют аноды из графита, но исследователи изучают возможность использования других материалов, таких как графен. Графен состоит из тонких слоев углерода, который превосходит графит в качестве проводника электричества. Тем не менее, простое использование различных материалов может оказаться недостаточным для обеспечения необходимого заряда аккумуляторов.
Исследователи обнаружили, что сверление сетей вторичных пор (SPN) микрометрового масштаба [слева] в аноде батареи улучшило общую скорость зарядки батареи и сохранение емкости. Университет Западного Мичигана/IEEE
Поэтому Эмани и его команда использовали лазерное структурирование для создания сети пор вдоль своего нового графенового анода.
Эти крошечные отверстия позволяют электронам легче проходить через анод, что приводит к более быстрому времени зарядки. В то время как сегодняшние коммерческие литий-ионные батареи с графитовыми анодами имеют теоретическую емкость 372 миллиампер-часа на грамм, новый предложенный исследователями графеновый анод с его порами может обеспечить емкость более 700 мАч/г.
Исследователи протестировали свой новый анод в серии экспериментов со временем зарядки от 10 минут до 2 часов при комнатной температуре. Результаты показывают, что при зарядке более часа новые аноды с порами не оказывали существенного влияния на емкость батареи по сравнению с обычными анодами. Но когда время зарядки составляло менее часа, графеновый анод с порами работал в два раза быстрее, чем обычные аноды.
«Проще говоря, коммерческий аккумулятор, для зарядки которого может потребоваться час, может быть заряжен менее чем за 30 минут, исходя из наших результатов», — говорит Эмани.
Важно отметить, что новые батареи сохраняют свою емкость после многократного использования.
Как правило, аккумуляторы теряют свою емкость после нескольких циклов зарядки. В этом исследовании клетки со спорами показали превосходное сохранение емкости — около 90 процентов — по сравнению с клетками без пор — всего 38 процентов — после 200 циклов зарядки.
В этом исследовании анализировались новые аноды в форме монетных ячеек при комнатной температуре, отмечает Эмани. «Прежде чем выйти на рынок, мы хотели бы протестировать эти аккумуляторы в мешочных, цилиндрических и призматических элементах, поскольку они являются наиболее часто используемыми базовыми типами конфигураций аккумуляторов [используемых] в электромобилях».
Группа также заинтересована в изучении этих пористых анодов при различных температурах. «Это ключевой параметр, поскольку батареи, используемые в электромобилях, испытывают широкий диапазон температур в зависимости от географического положения, погоды, времени года, что еще больше повышает производительность батарей в суровых условиях», — говорит он.
Аргоннская национальная лаборатория создает литий-ионные аккумуляторы, которые работают на морозе
Люди, живущие в холодном климате и водящие электромобили, знают, что литий-ионные аккумуляторы в их автомобилях не работают при низких температурах. Они не заряжаются так быстро и не уходят так далеко. Это проблема, но Аргоннская национальная лаборатория говорит, что может найти ответ.
В своем блоге ученые из Аргонна сообщают, что в современных литий-ионных батареях жидкий электролит, который служит путем для движения ионов между катодом и анодом при зарядке и разрядке батареи, начинает замерзать при температуре ниже нуля. нулевые температуры. Это условие сильно ограничивает эффективность зарядки электромобилей в холодных регионах и сезонах.
Аргоннская национальная лаборатория может дать ответ
Группа ученых из Аргоннской национальной лаборатории и Лоуренса Беркли совместно разработала фторированный электролит, который хорошо работает даже при отрицательных температурах.
«Таким образом, наше исследование показало, как адаптировать атомную структуру электролитов-растворителей для разработки новых электролитов для отрицательных температур», — говорит Джон Чжан, руководитель исследовательской группы в Аргоннской национальной лаборатории.
«Наша команда не только нашла антифризный электролит, зарядная способность которого не снижается при минус 4 градусах по Фаренгейту, но мы также обнаружили на атомном уровне, что делает его таким эффективным», — сказал Чжан, старший химик и группа руководитель отдела химических наук и инженерии Аргонны. Этот низкотемпературный электролит перспективен для аккумуляторов в электромобилях, а также для хранения энергии в электрических сетях и бытовой электронике, такой как компьютеры и телефоны.
Как работают литий-ионные батареи
Вам не нужно знать, как работает батарея, чтобы управлять электромобилем, так же как вам не нужно знать, как работает четырехтактный двигатель, чтобы управлять обычным автомобилем.
Большинство из нас, вероятно, имеют лишь элементарное представление о том, как работают литий-ионные батареи. Argonne Lab объясняет, что электролит, используемый сегодня в большинстве литий-ионных аккумуляторов, представляет собой смесь широко доступной соли — гексафторфосфата лития — и карбонатных растворителей, таких как этиленкарбонат. Растворители растворяют соль с образованием жидкости.
Когда батарея заряжается, жидкий электролит перемещает ионы лития от катода, который обычно представляет собой оксид, содержащий литий, к аноду, который обычно сделан из графита. Эти ионы мигрируют из катода, затем проходят через электролит на пути к аноду. При транспортировке через электролит они располагаются в центре кластеров из четырех или пяти молекул растворителя.
Во время первых нескольких зарядов эти кластеры ударяются о поверхность анода и образуют защитный слой, называемый границей твердого электролита. После формирования этот слой действует как фильтр. Это позволяет только ионам лития проходить через слой, блокируя молекулы растворителя.
Именно это позволяет аноду сохранять атомы лития в структуре графита, когда батарея заряжена. Во время фазы разряда электрохимические реакции высвобождают электроны из лития для выработки электроэнергии, которая затем используется для питания электромобилей.
Почему производительность падает на морозе
При понижении температуры электролит с карбонатными растворителями начинает замерзать. Это, в свою очередь, приводит к тому, что он теряет способность переносить ионы лития к аноду во время зарядки, потому что ионы лития очень тесно связаны внутри кластеров растворителя. Следовательно, этим ионам требуется гораздо более высокая энергия для эвакуации их кластеров и проникновения через интерфейсный слой, чем при комнатной температуре. Ученые полагали, что решение проблемы плохой работы в холодную погоду заключалось в том, чтобы найти лучший растворитель, который не замерзал бы.
Группа исследовала несколько растворителей, насыщенных фтором, и смогла определить растворитель с самым низким энергетическим барьером для высвобождения ионов лития из кластеров при минусовой температуре.
Они также определили на атомном уровне, почему этот конкретный состав работает так хорошо — это зависело от положения атомов фтора в каждой молекуле растворителя и их количества.
При тестировании с использованием лабораторных элементов фторированный электролит сохранял стабильную емкость накопления энергии в течение 400 циклов заряда/разряда при температуре минус 4 градуса по Фаренгейту. Даже при такой температуре емкость аккумулятора была эквивалентна емкости элемента с обычным электролитом на карбонатной основе при комнатной температуре. «Таким образом, наше исследование продемонстрировало, как адаптировать атомную структуру растворителей электролитов для разработки новых электролитов для отрицательных температур», — сказал Чжан.
Незамерзающий электролит также имел важный бонус. Он намного безопаснее используемых в настоящее время электролитов на карбонатной основе, так как не воспламеняется. «Мы патентуем наш низкотемпературный и более безопасный электролит и сейчас ищем промышленного партнера, чтобы адаптировать его к одной из своих конструкций литий-ионных аккумуляторов», — сказал Чжан.
Коллегами Чжана в Аргонне являются Донг-Джу Ю, Цянь Лю и Минкью Ким. Авторами Berkeley Lab являются Орион Коэн и Кристин Перссон. Работа финансировалась Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных средств.
Вникая в детали
Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией через Advanced Energy Materials
Подробное описание исследования содержится в журнале Advanced Energy Materials. Я не ученый и никогда не играл ни одного по телевидению. Это хорошо, потому что от напыщенной прозы большинства научных текстов у меня затуманиваются глаза. Если вы заинтересованы в том, чтобы узнать больше об этом исследовании, я призываю вас перейти по ссылке выше и выбить себя из колеи. Исследовательская работа имеет броское название «Рациональный дизайн фторированных электролитов для низкотемпературных литий-ионных аккумуляторов».
Многие читатели CleanTechnica весьма сообразительны, когда дело доходит до устройств, питающихся от электричества, и я знаю, что многие из вас хотят знать, имеет ли этот новый электролит какие-либо отрицательные недостатки при комнатной температуре или сокращает срок службы батареи — и то, и другое может повредить батарею.
производителей от заинтересованности в этой новой технологии. Вот выдержка из исследования, которое может решить некоторые из этих проблем.
«Долгосрочная циклируемость при высоких скоростях C и низких температурах считается одним из сложных аспектов для ионно-литиевых аккумуляторов. Чтобы доказать превосходство наших электролитов, мы провели длительные циклические испытания в различных условиях.
«При подаче тока 2 C при 25 °C этилацетатный электролит с фтором постепенно разлагался до сохранения емкости 73% после 400 циклов, в то время как этилацетатный электролит с добавкой LiDFOB показал наилучшее сохранение емкости 91% после 400 циклов. Эта тенденция сохраняется и при дальнейшем высоком токе 6 C.
«В то время как Gen 2 быстро деградировал до 34% в течение 50 циклов, электролит с добавкой LiDFOB показал лучшее сохранение емкости на уровне 85% даже после 500 циклов. При подаче тока C / 3 при -20 ° C электролиты Gen 2 и этилацетат показали серьезное снижение емкости, соответствующее сохранению емкости на 7,5% и 34% после 300 циклов соответственно.
«Напротив, этилацетат с фтористым электролитом с добавкой LiDFOB показал незначительную потерю емкости и сохранил 97% емкости даже после 300 циклов. Кроме того, во всех условиях испытаний кулоновская эффективность электролита ЭА-ф с добавкой LiDFOB была выше, чем у других электролитов. Этот результат циклического испытания показывает превосходную стабильность нашего электролита для быстрой зарядки и эксплуатации при низких температурах».
Вынос
Современные двигатели внутреннего сгорания мало чем отличаются от двигателей 100-летней давности, за исключением основного принципа четырехтактного двигателя, который можно свести к его основам с помощью этой фразы: «Всасывай, толкай, хлопай, дуй». Технология аккумуляторов сегодня быстро развивается благодаря тысячам исследователей по всему миру, таким как доктор Чжан и его коллеги из Аргоннской национальной лаборатории.
Плохая производительность в холодную погоду — это проблема, которую необходимо решить, прежде чем можно будет считать, что революция электромобилей завершена.
Мы многого не знаем о литий-ионных батареях с фторированными электролитами, начиная с того, как присутствие фтора повлияет на производство и переработку литий-ионных батарей.
В конце концов, фтор — мощное химическое вещество, которое повреждает озоновый слой при попадании в атмосферу. Кроме того, аккумуляторы с другим химическим составом, такие как литий-железо-фосфат, менее подвержены влиянию низких температур, чем более распространенные аккумуляторы NMC. Кто знает, как натриевые или серные батареи могут работать в реальном мире после того, как они выйдут из лабораторий и начнут коммерческое производство,
Единственное, в чем мы можем быть относительно уверены, так это в том, что батареи, используемые через десять лет, будут так же отличаться от сегодняшних батарей. как транзисторы из электронных ламп. Электромобильная революция только начинается. Нам не терпится увидеть, что будет дальше.
Или следите за нами в Новостях Google! У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.
Бывший эксперт по батареям Tesla, ведущий Lyten в новую эру литий-серных батарей — Подкаст:
Я не люблю платный доступ. Вам не нравится платный доступ. Кто любит платный доступ? Здесь, в CleanTechnica, мы на какое-то время внедрили ограниченный платный доступ, но он всегда казался неправильным — и всегда было сложно решить, что мы должны оставить там. Теоретически ваш самый эксклюзивный и лучший контент находится за платным доступом. Но тогда его читает меньше людей! Нам просто не нравится платный доступ, поэтому мы решили отказаться от своего.
