Каталог продукцииОбновлен: 16.08.2021 в 20:30
| Информация обновлена 16.08.2021 в 20:30
|
Это какие, Характеристики и чем отличаются
Главным источником питания на сегодняшний день остаются литиевые батарейки. Чтобы они прослужили долго, стоит учитывать их особенности и применять в соответствующей аппаратуры. Для выбора правильного размера и емкости стоит учитывать особенности устройства.
Что из себя представляет литиевые батарейки
В корпусе находится несколько соединённых элементов. Два контакта выводятся наружу, чтобы подсоединиться к потребляющему устройству. Элемент постоянного тока обеспечивает работу многих устройств.
На корпусе элемента питания указывается название бренда, обозначение к какому виду принадлежит — «ALKALINE», «LITHIUM». На ней же прописывается технические составляющие: вольтаж, емкость.
Согласно правилам Международной Электрической Комиссии литиевые батарейки маркируются латинскими буквами CR. Затем указывается емкость.
Чем отличаются литиевые батарейки от солевых или щелочных
- Солевые относятся к самым слабым. Они подходят устройствам, не требующих большого заряда, долговременных нагрузок. Например, используются для пульта управления, таймера, калькулятора. Срок хранения солевых приборов составляет 1-3 года.
- Куда больший срок годности у щелочных — 3-5 лет. Их можно отнести к среднему запасу прочности. В народе их прозвали «алкалиновыми», их часто используют для детских игрушек, фонариков, плееров.
- Дольше всех работают и выдерживают нагрузки литиевые батарейки. Их используют для более мощных устройств – фотоаппаратов, приборов для измерения давления.
Все вышеперечисленные источники питания отличаются сроком службы, емкостью, поэтому подходят разным устройствам.
Солевая R6, Щелочная LR6, Литиевая FR6Разновидности и типоразмеры литиевых батарей
Литиевые батарейки имеют несколько маркировок: CR, FR, Li-FeS2 и отличаются по форме – могут быть цилиндрическими или в форме параллелепипеда, дисков. Выпускаются элементы питания разного типоразмера, согласно существующей классификации США:
- CR. Таблетки или монетки;
- и . Цилиндрические бочонки;
- CR-V9 (Lithium PP3). – Крона;
- FR03 (AAA). В народе называются ;
- (AA). .
Состоит литиевая батарейка из разных компонентов. Определить этот показатель можно просто на корпусе, где указан также ее размер, емкость, класс, напряжение.
Преимущества и недостатки литиевых батареек
Элементы питания такого типа отличаются большой емкостью на единицу массы. В ее составе сразу же несколько компонентов — катод, анод. Разделены материалы диафрагмой, пропитанной органическим электролитом.
К преимуществам можно отнести:
- Легкость изделия.
- Долгий срок хранения.
- Поскольку в составе отсутствует вода, то и батарея устойчива к температурным перепадам.
- Постоянное напряжение.
- При разных показателях разрядного тока обеспечиваются стабильные характеристики.
- Высокая энергоемкость и энергоплотность.
- Емкость не зависит от тока нагрузки, подходит для мощных устройств.
- Простота в уходе и применении.
Единственный недостаток такого элемента питания заключается в высокой стоимости. Но лучше один раз заплатить, чем постоянно менять их. Важно следовать рекомендациям по эксплуатации источников питания.
Можно ли заряжать литиевые батарейки
Аккумуляторы от обычных батареек отличаются указателем емкости, которая измеряется в миллиамперах в час. Напряжение обычной батарейки составляет 1,6 вольт, а аккумуляторной 1,2 v.
CR123Обычные литиевые батарейки нельзя заряжать. В лучшем случае все закончиться обычным шипящим звуком, в другой ситуации возможен взрыв батареи, сопровождающийся всеми вытекающими последствиями. Изделие предназначено для однократного использования, не пытайтесь восстановить.
Изделия, которые можно зарядить обозначаются как rechargeable – перезаряжаемый. Если на ней указано do not recharge, то устанавливать на зарядку их нельзя.
Где применяется литиевые батареи
Такие источники питания подойдут для любого электронного устройства. Разумеется, ее можно установить и в пульт, но использование такого типа изделия будет совсем нецелесообразно. Эффективнее она себя покажет при работе с электроникой, цифровыми устройствами с высоким энергопотреблением.
Поэтому литиевые элементы нашли свое применение в игрушках, фототехнике, компьютерной технике, медицинской аппаратуре и даже в военной промышленности, заменив ртутные и серебряные источники питания.
Остались вопросы по Литиевым Батарейкам или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.
Утилизация пальчиковых батареек, литиевых аккумуляторов и отходов электронной промышленности в Москве в пунктах приема компании ЭнергоМет
Куда, где, как сдать батарейку и спасти ёжика и зайчика
Нужно иметь совсем потухшее сознание, чтобы не осознать, что зачастую мы сами создаем проблемы себе и окружающим.
Поговорим о батарейках и не только.
Итак, вы продвинутый пользователь достижений научно-технического прогресса и ваш дом переполнен всевозможными электронными гаджетами и устройствами – от детской игрушки до плазмы во всю стену. Но прогресс потому и прогресс, чтобы мы не скучали и пользовались всё новыми достижениями. И тут возникает вопрос – куда отправить старые ? Выбросить на мусорку? Принимается. На то она и мусорка, чтобы мы избавлялись с её помощью от бытового мусора. А как поступить с обычной пальчиковой батарейкой, коих по паре десятков в каждом доме? И если это не пальчиковая батарейка, а аккумулятор электроинструмента или оргтехники? В мусорный контейнер? Э, не.
Тут уже пора включать сознание. Дело в том, что батарейки и аккумуляторы относятся к опасным отходам, требующим должной утилизации. Литий, ртуть, свинец, кадмий – тяжёлые металлы, способные накапливаться в организме и отравлять его, химические соединения, соли, кислоты – яды для всего живого, зайчика, ежика, дождевых червей и букашек, и для вас и ваших близких. Поэтому как ни крути, но ответственности за безалаберность и разгильдяйство не избежать.
Что предлагается? Подумать и встать на сторону добра. Вместе с нами. С компанией ЭнергоМет. Как? Собирайте по дому и офису использованные батарейки и несите, везите в наши пункты приёма или вызывайте нас. Собранные батарейки переработает специализированный завод, а ёжики и зайчики останутся живы и здоровы.
Мы принимаем на утилизацию израсходованные батарейки, отработанные аккумуляторы, старую оргтехнику, радиоэлектронный хлам, лом мобильных телефонов и телевизоров и другие опасные отходы нашей жизнедеятельности. Заключаем договоры с предприятиями. Предоставляем необходимую документацию. Лицензия в наличии.
Зы. В США и Европе утилизируются должным образом 50-60% использованных батареек, в Австралии – 80%, в России не более 5%. Все остальные в лучшем случае выбрасываются в мусорное ведро и оказываются на свалках, убивая ядом почву. Обидно за россиян, не правда ли? Но мы обязательно научимся беречь наш дом и окружающий мир.
Пункты приёма в Москве
Пункт приёма на МКАД район Битца; МКАД, 32 км внешняя сторона +7 (903) 001-77-85 с 9-00 до 19-00, без выходных
Пункт приёма в Люберцы Люберцы, ул. Электрификации 3 В +7 (926) 467-55-50 Пн-Пт: с 10-00 до 19-00
Пункт приёма на Южке Южнопортовый, ул. Угрешская 17с1 +7 (495) 755-19-00 Сергей с 10-00 до 19-00 без выходных
Пункт приёма в Люблино Люблино, ул. Верхние поля 51 +7 (495) 517-77-86 Кинтек +7 (495) 744-60-33 Иван Пн-Пт: с 10-00 до 19-00
Более эффективная и сверхбыстрая зарядка литиевых батарей ближе к рынкам
Стартап Flexodes, который специализируется на технологии на основе литиевых батарей, представляет собой коммерческое предприятие, которое стало возможным благодаря поддержке Управления коммерциализации и предпринимательства Техасской экспериментальной станции A&M.
Getty Images
При поддержке Отдела коммерциализации и предпринимательства Техасской экспериментальной станции A&M (TEES), исследователь Техасского университета A&M Чунхо Ю, профессор института J.Майк Уокер ’66 Департамент машиностроения и предприниматель Ранга Васудеван успешно запустили стартап по производству литиевых батарей под названием Flexodes.
«Высокая плотность энергии и низкая стоимость — два наиболее важных аспекта, которых в настоящее время не хватает устройствам с литиевым аккумулятором, включая современные аккумуляторы для электромобилей», — сказал Юй.
«Мы надеемся удовлетворить эту технологическую потребность».
Признавая заслугу коммерциализации инноваций в области высокоэффективных литиевых батарей, стартап получил высококонкурентный грант на исследования в области инноваций малого бизнеса от ВВС.
«В краткосрочной перспективе мы сосредоточимся на доработке и улучшении технологий для использования в мобильных устройствах в частном и оборонном секторах, в то время как мы продолжаем идти по пути к тому, чтобы стать ведущей технологией для электромобилей и других рынков», — сказал Васудеван. «При этом Flexodes полностью сосредоточена на развитии аккумуляторных технологий, выходящих за рамки литий-ионных аккумуляторов следующего поколения».
Основа коммерческого предприятия — исследования лаборатории Ю по литий-серным батареям.В частности, команда Ю запатентовала конструкцию трехмерного каркаса из углеродных нанотрубок со стенкой траншеи для электродов батареи. Эти высокопроизводительные электроды значительно увеличивают способность аккумулятора накапливать заряд.
Электроды также легко разряжаются, генерируя большое количество тока для быстрого включения устройств. Эксперты добавили, что батареи, созданные с их помощью, более устойчивы к образованию пальцевидных отложений, называемых дендритами, которые вызывают перегрев и разрыв большинства имеющихся в продаже литиевых батарей.
Чтобы воплотить коммерческое предприятие в видение, Ю и Васудеван доверяют руководству группы по созданию предприятий Управления коммерциализации и предпринимательства, которая предоставляет исследователям соответствующее обучение по превращению исследовательских открытий в бизнес и продукты посредством создания стартапов и стратегий по продвижению коммерциализации. . Офис также связывает исследователей с организациями частного сектора, чтобы облегчить лицензирование и инвестиционные возможности.
«Настоящее влияние технологии проявляется только тогда, когда она достигает партнера по коммерциализации, который может продавать продукт конечному потребителю по всему миру», — сказал Саураб Бисвас, исполнительный директор по коммерциализации и предпринимательству в TEES.«Наш офис обеспечивает поддержку на ранних этапах исследований и разработок, чтобы обеспечить непрерывную разработку и коммерциализацию продукта».
Он добавил, что отдел коммерциализации и предпринимательства поддерживает всех новаторов в Texas A&M Engineering через свои три группы: лицензирование и управление интеллектуальной собственностью, создание предприятий и инновационные программы, а также стратегические проекты. Команда по коммерциализации и предпринимательству также обеспечивает поддержку на протяжении всего жизненного цикла инновации от ее создания до регистрации интеллектуальной собственности, процесса судебного преследования, лицензирования, создания предприятий и, наконец, работы с внешними партнерами для обеспечения коммерциализации технологии.
Bai lab разрабатывает стабильную, эффективную безанодную натриевую батарею | Источник
Что касается аккумуляторов, литий-ионные — лучшее, что у нас есть с точки зрения плотности энергии и удобства.
Пока.
Вашингтонский университет в Сент-Луисе лаборатория Пенг Бая, доцента кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии инженерной школы Маккелви, разработала стабильную ионно-натриевую батарею, которая является высокоэффективной и будет менее затратной в изготовлении. и значительно меньше по размеру, чем традиционные литий-ионные батареи, благодаря отсутствию когда-то необходимой функции.
«Мы обнаружили, что минимум есть максимум», — сказал Бай. « Без анода — лучший анод».
Исследование было опубликовано 3 мая 2021 года в журнале Advanced Science.
Традиционный ионно-литиевый аккумулятор состоит из катода и анода, которые накапливают ионы лития; разделитель для разделения электродов с обеих сторон; и электролит — жидкость, в которой движутся ионы. Когда литий течет от анода к катоду, свободные электроны уходят через токоприемник к устройству, на которое подается питание, в то время как литий проходит через сепаратор на катод.
При зарядке процесс обратный, и литий проходит от катода через сепаратор к аноду.
Идея замены лития натрием и отказа от анода не нова.
«Мы использовали старую химию», — сказал Бай. «Но проблема в том, что с этой хорошо известной химией никто никогда не доказывал, что эта безанодная батарея может иметь разумный срок службы. Они всегда выходят из строя очень быстро или имеют очень низкую мощность или требуют специальной обработки токоприемника.”
Безанодные батареи имеют тенденцию быть нестабильными, растущие дендриты — наросты, похожие на пальцы, которые могут вызвать короткое замыкание или просто быстрое разрушение батареи. Обычно это приписывают реакционной способности задействованных щелочных металлов, в данном случае натрия.
В этой недавно разработанной батарее только тонкий слой медной фольги использовался на анодной стороне в качестве токоприемника, то есть батарея не имеет активного анодного материала. Вместо того, чтобы течь к аноду, где они сидят до тех пор, пока не наступит время вернуться к катоду, в безанодной батарее ионы превращаются в металл.Сначала они ложатся на медную фольгу, а затем растворяются, когда приходит время вернуться к катоду.
«В нашем открытии нет дендритов и структур, похожих на пальцы», — сказал Бинюань Ма, первый автор статьи и докторант в лаборатории Бая. Наплавка гладкая, с металлическим блеском. «Такой режим роста никогда не наблюдался для щелочного металла такого типа».
Бинюань Ма держит прозрачную капиллярную клетку. Лаборатория Бая в инженерной школе Маккелви — единственная в мире, где есть такие диагностические ячейки.(Предоставлено: Bai Lab)«Наблюдение» является ключевым моментом. Бай разработал уникальный прозрачный капиллярный элемент, который предлагает новый взгляд на батареи. Традиционно, когда батарея выходит из строя, чтобы определить, что пошло не так, исследователь может открыть ее и посмотреть. Но полезность такого постфактумного наблюдения ограничена.
«Вся нестабильность аккумулятора накапливается в процессе работы», — сказал Бай. «Что действительно важно, так это нестабильность во время динамического процесса, и нет никакого метода, чтобы охарактеризовать это.«Наблюдая за безанодной капиллярной ячейкой Ма,« мы могли ясно видеть, что если у вас нет хорошего контроля качества электролита, вы увидите различные нестабильности », включая образование дендритов, — сказал Бай.
По сути, все сводится к количеству воды в электролите.
Щелочные металлы вступают в реакцию с водой, поэтому исследовательская группа снизила содержание воды. «Мы просто надеялись увидеть хорошее выступление», — сказал Бай. Наблюдая за работой батареи, исследователи вскоре увидели блестящие гладкие отложения натрия.Именно гладкость материала устраняет морфологические неровности, которые могут привести к росту дендритов.
Плавный рост металлического натрия в действии является окончательной проверкой качества электролита для безанодных батарей Bai и Ma. (Изображение: Bai Lab)
Колючие наросты и пиколитровые пузыри являются первопричиной ранних отказов в прежних безанодных батареях. (Изображение: Bai Lab)
«Мы вернулись, чтобы проверить капиллярные ячейки, и поняли, что процесс сушки электролита длился дольше», — сказал Бай.Все говорят о содержании воды в батареях, но в предыдущих исследованиях количество воды часто сводилось к статистике, которую необходимо было учитывать.
Бай и Ма поняли, что это действительно ключ.
«Содержание воды должно быть ниже 10 частей на миллион», — сказал Бай. Осознав это, Ма смог построить не просто капиллярный элемент, но и рабочую батарею, которая по своим характеристикам аналогична стандартной литий-ионной батарее, но занимает гораздо меньше места из-за отсутствия анода.
«Проверьте свой мобильный телефон. Ваш электромобиль. Четверть стоимости таких предметов приходится на аккумулятор », — сказал Бай. В натриевых батареях используется более распространенный металл, чем в литиевых; у них такая же плотность энергии, как у литиевых батарей; и они меньше и дешевле, чем литиевые батареи, благодаря отсутствию анода.
«Мы доказали, что вы можете использовать самую простую настройку, чтобы установить лучшую батарею», — сказал Бай.
Инженерная школа Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе.Луи продвигает независимые исследования и образование с упором на научное превосходство, инновации и сотрудничество без границ. McKelvey Engineering имеет ведущие исследовательские и аспирантские программы на разных факультетах, особенно в области биомедицинской инженерии, экологической инженерии и вычислений, и имеет одну из самых отборных программ бакалавриата в стране. Имея 140 штатных преподавателей, 1387 студентов бакалавриата, 1448 аспирантов и 21000 ныне живущих выпускников, мы работаем над решением некоторых из самых серьезных проблем общества; подготовить студентов к тому, чтобы стать лидерами и внедрять инновации на протяжении всей своей карьеры; и стать катализатором экономического развития Санкт-Петербурга.Регион Луи и за его пределами.
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом № 1934122
.Новое исследование показывает, почему литий-металлические батареи плохо стареют
Каждый раз, когда литий-металлический аккумулятор заряжается, на его аноде осаждается свежий слой металлического лития. Электролит батареи разъедает этот свежий металл (слева), образуя слой, называемый SEI, на поверхности анода. Коррозия продолжается (справа) даже после выключения батареи, а слой SEI становится неровным и комковатым в процессе, называемом календарным старением.Эти изображения были сделаны с помощью криогенного электронного микроскопа. Изображение: Уильям Хуанг / Стэнфордский университет.Тот же процесс, который разряжает аккумулятор сотового телефона, даже когда он выключен, является еще большей проблемой для литий-металлических аккумуляторов, которые разрабатываются для следующего поколения небольших и легких электронных устройств, электромобилей дальнего действия ( Электромобили) и многое другое.
Теперь ученые из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США впервые в атомном масштабе изучили, как этот процесс, называемый «календарное старение», воздействует на литий-металлические аноды или отрицательные электроды.Они обнаружили, что природа электролита батареи, который несет заряд между электродами, оказывает большое влияние на старение — фактор, который необходимо учитывать при разработке электролитов, которые максимизируют производительность батареи.
Это исследование также показало, что календарное старение может истощить 2–3% заряда литий-металлической батареи всего за 24 часа — потеря, на которую потребовалось бы три года для литий-ионной батареи. Хотя это просачивание заряда со временем замедляется, оно быстро накапливается и может сократить срок службы батареи на 25%.
«Наша работа предполагает, что электролит может иметь большое значение для стабильности хранимых батарей», — сказал профессор SLAC и Стэнфорд Йи Цуй, который руководил исследованием вместе с профессором Стэнфорда Чжэнаном Бао. «Это то, на что люди на самом деле не тратят время, глядя или используя как способ понять, что происходит». Исследовательская группа сообщает о своих выводах в документе Nature Energy .
Как и современные литий-ионные батареи, в литий-металлических батареях используются ионы лития для переноса заряда между электродами.Но там, где литий-ионные батареи имеют аноды из графита, литий-металлические батареи имеют аноды из металлического лития, который намного легче и может хранить намного больше энергии при заданном объеме и весе. Это особенно важно для электромобилей, которые тратят значительное количество энергии на перенос тяжелых аккумуляторов. Облегчение их груза может снизить их стоимость и увеличить запас хода, что сделает их более привлекательными для потребителей.
Консорциум DOE Battery 500, включая SLAC и Stanford, ставит перед собой цель разработать литий-металлические батареи для электромобилей, которые могут хранить почти в три раза больше заряда на единицу веса, чем современные батареи для электромобилей.Несмотря на то, что они добились значительного прогресса в увеличении плотности энергии и срока службы этих батарей, им еще предстоит пройти долгий путь. Они также борются с проблемой дендритов, пальцевидных наростов на аноде, которые могут вызвать короткое замыкание в батарее и загореться.
За последние несколько лет Бао и Цуй, исследователи из Стэнфордского института материаловедения и энергетики SLAC, объединились, чтобы найти решения этих проблем. Их решения включают новое покрытие для предотвращения роста дендритов на литий-металлических анодах (см. Новое покрытие может заставить литий-металлические батареи перемещаться. ) и новый электролит, который также препятствует росту дендритов (см. Фтор помогает производить стабильный электролит для литий-ионных аккумуляторов). металлические батареи ).
Большинство таких исследований было сосредоточено на минимизации повреждений, вызванных повторяющимися зарядками и разрядками, которые деформируют и растрескивают электроды и ограничивают срок службы батареи, сказал Дэвид Бойл, аспирант в лаборатории Куи. Но в этом исследовании команда хотела протестировать множество электролитов с разным химическим составом, чтобы получить общую картину того, как стареют литий-металлические аноды.
Во-первых, Бойль измерил эффективность зарядки литий-металлических батарей, содержащих различные типы электролитов.Затем он и его коллега, аспирант Уильям Хуанг, аккуратно разобрали полностью заряженные батареи и оставили на день, сняли анод и заморозили его в жидком азоте, чтобы сохранить его структуру и химический состав в определенный момент календарного процесса старения.
Затем Хуанг исследовал аноды с помощью криогенного электронного микроскопа (крио-ЭМ) в кампусе Стэнфорда, чтобы увидеть, как различные электролиты влияют на анод в масштабе, близком к атомному. Группа Куи впервые применила этот подход несколько лет назад для изучения внутреннего ресурса компонентов батареи.
В современных литий-ионных батареях электролит разъедает поверхность анода, создавая слой, называемый межфазной фазой твердого электролита (SEI). Этот слой является одновременно и Джекилом, и Хайдом: он потребляет небольшое количество заряда батареи, но также защищает анод от дальнейшей коррозии. Таким образом, в целом гладкий и стабильный слой SEI хорош для работы батареи.
Но в литий-металлических батареях тонкий слой металлического лития осаждается на поверхности анода каждый раз, когда батарея заряжается, и этот слой обеспечивает новую поверхность для коррозии во время календарного старения.Кроме того, «Мы обнаружили гораздо более агрессивный рост слоя SEI на этих анодах из-за более агрессивных химических реакций с электролитом», — сказал Хуанг.
Каждый электролит, который они тестировали, давал начало отличительной модели роста SEI с образованием комков, пленок или того и другого, и эти нерегулярные модели роста были связаны с более быстрой коррозией и потерей эффективности зарядки. Вопреки ожиданиям, электролиты, которые в противном случае поддерживали бы высокоэффективную зарядку, были так же склонны к падению эффективности из-за календарного старения, как и плохо работающие электролиты, сказал Куи.Не было единого химического состава электролита, который бы хорошо справлялся с обоими задачами.
Таким образом, чтобы минимизировать календарное старение, необходимо минимизировать как коррозионную природу электролита, так и степень металлического лития на поверхности анода, который он может разрушить. «Что действительно важно, так это то, что это дает нам новый способ исследования наиболее перспективных электролитов», — сказал Бао. «Он указывает на новый критерий конструкции электролита для достижения параметров, необходимых для следующего поколения аккумуляторных технологий.«
Этот рассказ адаптирован из материалов Национальной ускорительной лаборатории SLAC с редакционными изменениями, внесенными Materials Today. Взгляды, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Elsevier. Ссылка на первоисточник.
Первые крупные планы того, как литий-металлический электрод стареет
Тот же процесс, который разряжает аккумулятор вашего сотового телефона, даже когда он выключен, является еще большей проблемой для литий-металлических аккумуляторов, которые разрабатываются для следующего поколения меньшие, более легкие электронные устройства, электромобили дальнего действия и другие виды использования.
Теперь ученые из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики впервые в атомном масштабе изучили, как этот процесс, называемый «календарное старение», воздействует на литий-металлические аноды или отрицательные электроды. Они обнаружили, что природа электролита батареи, который несет заряд между электродами, оказывает большое влияние на старение — фактор, который необходимо учитывать при разработке электролитов, которые увеличивают производительность батареи.
Исследование также показало, что календарное старение может истощить 2-3% заряда литий-металлической батареи всего за 24 часа — потеря, на которую у литий-ионной батареи ушло бы три года. Хотя это просачивание заряда со временем замедляется, оно быстро накапливается и может сократить срок службы батареи на 25%.
«Наша работа предполагает, что электролит может иметь большое значение для стабильности хранимых батарей», — сказал профессор SLAC и Стэнфорда И Цуй, который руководил исследованием вместе с профессором Стэнфорда Жэнаном Бао.«Это то, на что люди на самом деле не тратят время, рассматривая или используя как способ понять, что происходит».
Сегодня исследовательская группа описала свои результаты в Nature Energy .
Легкие батареи для автомобилей дальнего действия
Как и современные литий-ионные батареи, в литий-металлических батареях используются ионы лития для переноса заряда между электродами. Но там, где литий-ионные батареи имеют аноды из графита, литий-металлические батареи имеют аноды из металлического лития, который намного легче и может хранить намного больше энергии при заданном объеме и весе.Это особенно важно для электромобилей, которые тратят значительное количество энергии на перенос тяжелых аккумуляторов. Облегчение их груза может снизить их стоимость и увеличить запас хода, что сделает их более привлекательными для потребителей.
Литий-металлические батареи нового поколения подвергаются быстрому календарному старению, из-за чего батарея разряжается, даже когда она не используется, и теряет ее способность накапливать энергию. Это происходит, когда электролит аккумулятора разъедает частицы анода металлического лития (вверху слева) или нити металлического лития, которые образуются на аноде во время зарядки (вверху справа).Коррозия создает неравномерные комки слоя, называемого SEI (внизу слева и справа). Исследование SLAC-Stanford показало, что одни электролиты вызывают больше разрушительной коррозии, чем другие. (Изображение предоставлено: Hongxia Wang / Стэнфордский университет)Консорциум DOE Battery 500, включая SLAC и Stanford, ставит перед собой цель разработать литий-металлические батареи для электромобилей, которые могут хранить почти в три раза больше заряда на единицу веса, чем сегодня. Аккумуляторы для электромобилей. Несмотря на то, что они добились значительного прогресса в увеличении плотности энергии и срока службы этих батарей, им еще предстоит проделать большой путь.Они также борются с проблемой дендритов — пальцевидных наростов на аноде, которые могут вызвать короткое замыкание в батарее и загореться.
За последние несколько лет Бао и Цуй, исследователи из Стэнфордского института материаловедения и энергетики в SLAC, объединились, чтобы найти решения этих проблем, включая новое покрытие для предотвращения роста дендритов на литий-металлических анодах. и новый электролит, который также препятствует росту дендритов.
Большинство таких исследований было сосредоточено на минимизации повреждений, вызванных повторяющимися зарядками и разрядками, которые деформируют и растрескивают электроды и ограничивают срок службы батареи, сказал Дэвид Бойл, аспирант в лаборатории Куи.
Но в этом исследовании, сказал он, команда хотела протестировать множество электролитов с различным химическим составом, чтобы получить общую картину того, как стареют литий-металлические аноды.
Агрессивная коррозия
Во-первых, Бойль измерил эффективность зарядки литий-металлических батарей, содержащих различные типы электролитов. Затем он и его коллега, аспирант Уильям Хуанг, аккуратно разобрали полностью заряженные батареи и оставили на день, сняли анод и заморозили его в жидком азоте, чтобы сохранить его структуру и химический состав в определенный момент календарного процесса старения.
Затем Хуанг исследовал аноды с помощью криогенного электронного микроскопа, или крио-ЭМ, в кампусе Стэнфорда, чтобы увидеть, как различные электролиты влияют на анод в близком к атомном масштабе. Группа Куи впервые применила этот подход несколько лет назад для изучения внутреннего ресурса компонентов батарей.
В современных литий-ионных батареях электролит разъедает поверхность анода, создавая слой, называемый межфазной фазой твердого электролита или SEI. Этот слой и Джекил, и Хайд: он потребляет небольшое количество заряда батареи, но также защищает анод от дальнейшей коррозии.Таким образом, в целом гладкий и стабильный слой SEI хорош для работы батареи.
Но в литий-металлических батареях тонкий слой металлического лития осаждается на поверхности анода каждый раз, когда батарея заряжается, и этот слой обеспечивает новую поверхность для коррозии во время календарного старения. Кроме того, «Мы обнаружили гораздо более агрессивный рост слоя SEI на этих анодах из-за более агрессивных химических реакций с электролитом», — сказал Хуанг. Каждый тестируемый электролит давал начало отличительной модели роста SEI с образованием комков, пленок или того и другого, и эти нерегулярные модели роста были связаны с более быстрой коррозией и потерей эффективности зарядки.
Мощные литий-ионные микробатареи из встречно-штыревых трехмерных бинепрерывных нанопористых электродов
Arthur, T. S. et al. Трехмерные электроды и архитектура батарей. Бюллетень MRS 36 , 523–531 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Лю, К., Ю, З., Нефф, Д., Жаму, А. и Янг, Б. З. Суперконденсатор на основе графена со сверхвысокой плотностью энергии. Nano Lett. 10 , 4863–4868 (2010).
ADS CAS Статья Google Scholar
Zhu, Y. et al. Суперконденсаторы на основе углерода, полученные путем активации графена. Наука 332 , 1537–1541 (2011).
ADS CAS Статья Google Scholar
Pech, D. et al. Сверхмощные суперконденсаторы микрометрового размера на основе луковичного углерода. Нат. Nanotechnol. 5 , 651–654 (2010).
ADS CAS Статья Google Scholar
Brezesinski, K. et al. Заказанные мезопористые тонкопленочные электроды из альфа-Fe2O3 (гематита) для использования в перезаряжаемых литиевых батареях. Малый 7 , 407–414 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Чжан, Х.Г., Ю., X. Д., Браун, П. В. Трехмерные бинепрерывные электроды большой емкости для сверхбыстрой зарядки и разрядки. Нат. Nanotechnol. 6 , 277–281 (2011).
ADS CAS Статья Google Scholar
Эсмански, А. и Озин, Г.А. Макропористые материалы на основе кремниевых инверсных опалов в качестве отрицательных электродов для литий-ионных аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 19 , 1999–2010 (2009).
CAS Статья Google Scholar
Эрганг, Н. С., Литл, Дж. К., Ли, К. Т., О, С. М., Смирл, В. Х. и Стейн, А. Фотонно-кристаллические структуры как основа трехмерной взаимопроникающей системы электрохимических ячеек. Adv. Матер. 18 , 1750–1753 (2006).
CAS Статья Google Scholar
Сакамото, Дж.С. и Данн Б. Иерархические аккумуляторные электроды на основе перевернутых опаловых структур. J. Mater. Chem. 12 , 2859–2861 (2002).
CAS Статья Google Scholar
Таберна Л., Митра С., Пойзот П., Саймон П. и Тараскон Дж. М. Высокоскоростные электроды на основе Cu с наноархитектурой на основе Fe3O4 для литий-ионных аккумуляторов. Нат. Матер. 5 , 567–573 (2006).
ADS CAS Статья Google Scholar
Yao, M. et al. Никелевая подложка с трехмерной микросетевой структурой для мощной никель / металлогидридной батареи. Electrochem. Solid-State Lett. 10 , A56 – A59 (2007).
CAS Статья Google Scholar
Лонг, Дж. У., Данн, Б., Ролисон, Д. Р. и Уайт, Х.S. Трехмерная архитектура батарей. Chem. Ред. 104 , 4463–4492 (2004).
CAS Статья Google Scholar
Чамран, Ф., Йе, Й., Мин, Х. С., Данн, Б. и Ким, К. Дж. Изготовление массивов электродов с большим аспектным отношением для трехмерных микробатареек. J. Microelectromechanical Syst. 16 , 844–852 (2007).
CAS Статья Google Scholar
Мин, H.S. et al. Изготовление и свойства углеродно-полипиррольной трехмерной микробатареи. J. Источники энергии 178 , 795–800 (2008).
ADS CAS Статья Google Scholar
Натан М. и др. Трехмерные тонкопленочные литий-ионные микробатареи для автономных мемов. J. Microelectromechanical Syst. 14 , 879–885 (2005).
CAS Статья Google Scholar
Котобуки, м.и другие. Влияние состава золя на границу раздела твердый электрод / твердый электролит для полностью твердотельной литий-ионной батареи. Электрохим. Acta 56 , 1023–1029 (2011).
CAS Статья Google Scholar
Notten, P.H. L., Roozeboom, F., Niessen, R.A.H. и Baggetto, L. Трехмерные интегрированные твердотельные аккумуляторные батареи. Adv. Матер. 19 , 4564–4567 (2007).
CAS Статья Google Scholar
Чмиола, Дж., Ларжо, К., Таберна, П.-Л., Саймон, П., Гогоци, Ю. Монолитные углеродные пленки на основе карбидов для суперконденсаторов. Наука 328 , 480–483 (2010).
ADS CAS Статья Google Scholar
Нисидзава, М., Мукаи, К., Кувабата, С., Мартин, К. Р. и Йонеяма, Х. Шаблонный синтез покрытых полипирролом нанотрубок шпинели LiMn2O4 и их свойства в качестве катодных активных материалов для литиевых батарей. J. Electrochem. Soc. 144 , 1923–1927 (1997).
CAS Статья Google Scholar
Тейксидор, Г. Т., Заук, Р. Б., Парк, Б. Ю. и Маду, М. Дж. Изготовление и характеристика трехмерных углеродных электродов для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 183 , 730–740 (2008).
ADS CAS Статья Google Scholar
Li, N., Мартин, К. Р. и Скросати, Б. Высокоскоростной и емкостной наноструктурированный электрод из оксида олова. Electrochem. Solid-State Lett. 3 , 316–318 (2000).
CAS Статья Google Scholar
Shaijumon, M. M. et al. Наноархитектурные 3d-катоды для литий-ионных микробатареек. Adv. Матер. 22 , 4978–4981 (2010).
CAS Статья Google Scholar
Чеа, С.K. et al. Самоподдерживающиеся трехмерные наноэлектроды для применения в микробатареях. Nano Lett. 9 , 3230–3233 (2009).
ADS CAS Статья Google Scholar
Чжан, Х. и Браун, П.В. Трехмерный металлический каркас, поддерживающий бинепрерывные кремниевые аноды батарей. Nano Lett. 12 , 2778–2783 (2012).
ADS CAS Статья Google Scholar
Ю., Х., Ли, Й. Дж., Фюрстенберг, Р., Уайт, Дж. О. и Браун, П. В. Свойства металлических фотонных кристаллов инверсного опала, зависящие от фракции наполнения. Adv. Матер. 19 , 1689–1692 (2007).
Артикул Google Scholar
Батареи вызывают тяжелые травмы
Полная история
В то время как большинство проглатываний батареек-таблеток являются безболезненными и проходят через кишечник без проблем, в последние годы количество изнурительных или смертельных проглатываний батареек резко увеличилось.Сообщалось о смертельных случаях и случаях тяжелых ожогов пищевода или дыхательных путей и последующих осложнениях даже у пациентов, у которых изначально не было симптомов после проглатывания батареи. Эти катастрофические исходы происходят, когда батареи застревают в пищеводе, обычно у маленьких детей. В большинстве этих серьезных случаев задействованы батарейки большого диаметра, особенно литиевые круглые элементы диаметром 20 мм, но другие типы батарей и батарейки меньшего размера также могут застревать и вызывать серьезные проблемы.Если батарейки не извлекать из пищевода в течение 2 часов, могут возникнуть ожоги и опасные для жизни осложнения. Батарейки, выходящие за пределы пищевода, редко вызывают проблемы и обычно могут быть оставлены для самопроизвольного выхода, если у пациента нет симптомов. Серьезные осложнения также наблюдаются, когда батарейки помещаются в нос или ухо — еще одна ситуация, когда срочное удаление имеет решающее значение.
Советы по защите детей младшего возраста
- Никогда не оставляйте батареи без присмотра.Храните запасные батареи и батареи, подлежащие переработке, в недоступном для маленьких детей месте. Если переработка невозможна, надежно заверните использованные батареи и утилизируйте их в недоступном для детей месте.
- Проверьте все бытовые устройства, чтобы убедиться, что батарейный отсек закрыт. Используйте прочную ленту, чтобы закрепить отсеки, которые дети могут открыть или которые могут выскочить при падении устройства. Приобретайте только те изделия, для которых требуется отвертка или инструмент для открытия батарейного отсека или которые закрыты запорным механизмом, недоступным для детей.Батареи везде.
- Проверить:
- дистанционное управление
- Устройство открывания гаражных ворот
- Брелок доступа без ключа
- напольные весы
- парковочные транспондеры
- игрушки
- фотоаппараты
- часы
- КПК
- калькуляторы
- термометры цифровые
- слуховые аппараты
- поющие открытки
- говорящие книги
- портативные стереосистемы
- портативные видеоигры
- сотовых телефонов
- домашнее медицинское оборудование / метры
- вспышка и ручка
- туфли для мигания
- зубные щетки, мониторы ночного недержания мочи
- брелки
- светящиеся или светящиеся украшения или одежда
- любой предмет обихода, который работает!
- Будьте особенно осторожны с любым продуктом, который содержит батарею размером в пенни или больше.
- Литиевый элемент диаметром 20 мм — одна из самых серьезных проблем при проглатывании.
- Эти проблемные ячейки можно распознать по их отпечатку (выгравированным цифрам и буквам) и часто имеют один из трех кодов: CR2032, CR2025, CR2016.
- При проглатывании и несвоевременном извлечении эти более крупные батарейки-пуговицы могут вызвать смерть или прожечь отверстие в пищеводе вашего ребенка.
- Не позволяйте детям играть с батареями или продуктами с батарейным питанием, у которых есть легкодоступные батареи.
- Убедитесь, что во всех слуховых аппаратах для детей есть защищенные от детей батарейные отсеки, и убедитесь, что блокировка срабатывает, когда ребенок носит слуховой аппарат.
- Предупредите членов семьи, которые носят слуховые аппараты, о важности хранения батарей в недоступном для маленьких детей месте. Это может быть большим бременем, поскольку большинство пользователей слуховых аппаратов вынимают батарейки из аппаратов каждый раз, когда снимают их.
- Не вставляйте и не меняйте батарейки в присутствии маленьких детей.
Советы по защите детей старшего возраста и взрослых
- Никогда не кладите батарейки в рот, для проверки, хранения или по какой-либо причине. Они скользкие и легко проглатываются.
- Не путайте батарейки с таблетками. Не храните батарейки рядом с таблетками или в бутылках с таблетками. Не оставляйте их на прикроватных тумбочках и не кладите их в карман или сумочку. Посмотрите на каждое лекарство, которое вы собираетесь проглотить. Включите свет, наденьте очки, прочтите этикетку и посмотрите на само лекарство.
- Если вы используете слуховой аппарат, эти действия особенно важны. Слишком часто крошечные батарейки слухового аппарата проглатываются вместе с лекарствами или вместо них.
- Не храните и не оставляйте батареи в местах, где они могут быть приняты за пищу или проглочены.
- Не оставляйте батарейки в стаканах для питья или рядом с орехами, конфетами, попкорном или другой едой, которую вы едите руками.
Если батарея проглочена или помещена в ухо или нос
- Немедленно позвоните в Национальную горячую линию по приему аккумуляторов по телефону 800-498-8666 .Быстрые действия имеют решающее значение. Не ждите появления симптомов. Если батарея проглотила, не ешьте и не пейте, пока рентгеновский снимок не покажет, что батарея вышла за пределы пищевода. Батареи, застрявшие в пищеводе, должны быть удалены как можно быстрее, так как серьезные повреждения могут произойти всего за 2 часа. Батарейки из носа или уха также должны быть немедленно удалены, чтобы избежать необратимого повреждения.
Проглотил батарею?
Немедленно обратитесь за помощью по горячей линии по извлечению аккумулятора.
ЗВОНИТЕ 800-498-8666
Для получения дополнительной информации
Статистика батареи кнопок
Кнопка батареи Механизм травмы
Правила обращения с кнопочными батареями
Тяжелые случаи батарейки-кнопки
Батарея-пуговица Fatal Cases
Кнопочные батарейки в новостях
Список литературы
Литовиц Т.Л., Уитакер Н., Кларк Л.Предотвращение проглатывания батареи: анализ 8648 случаев. Педиатрия. 2010; 125 (6): 1178-1183.
Литовиц Т.Л., Уитакер Н., Кларк Л., Уайт Н.С., Марсолек М. Возникающая опасность проглатывания батареи: клинические последствия. Педиатрия. 2010; 125 (6): 1168-1177.
Нобелевская премия по химии присуждена за перезаряжаемые литий-ионные батареи
Нобелевская премия по химии была присуждена в среду Джону Б. Гуденафу, М. Стэнли Уиттингему и Акире Йошино за разработку литий-ионных батарей.
«Мы получили доступ к технической революции», — сказала Сара Сногеруп Линсе, профессор химии и член комитета по присуждению награды, показывая пальцем на репортеров, собравшихся в Шведской королевской академии наук в Стокгольме.
Перезаряжаемые литий-ионные батареи служат источником энергии для мобильных телефонов, кардиостимуляторов и электромобилей.
«Это очень напряженная история с огромным потенциалом», — сказал член комитета Улоф Рамстром, профессор химии в Университете Линнея.Эти батареи все чаще используются для хранения энергии от колеблющихся источников, таких как энергия солнца и ветра.
Ученые приручили элемент литий — мягкий серебристо-белый металл, который впервые образовался через несколько минут после Большого взрыва, а также образуется при столкновении космических лучей с межзвездным газом.
Чистый литий настолько реактивен, что его необходимо хранить в масле. Элемент шипит и изрыгает газ, когда касается воды. По словам Рамстрома, эта реакционная способность, заключенная в небольшой объем, придает литию «чрезвычайно привлекательные» свойства.
Уиттингем, родившийся в Соединенном Королевстве, профессор Бингемтонского университета в Нью-Йорке, был принят на работу в Exxon в 1970-х годах. При исследовании материалов, способных удерживать частицы в зазорах размером с атом, он обнаружил, что дисульфид титана содержит ионы лития.
Этот богатый энергией материал взволновал руководство Exxon — до тех пор, пока первые литиевые батареи не начали короткое замыкание и загореться.
«У них было несколько взрывов, и они решили выйти из бизнеса альтернативных источников энергии», — сказал Гуденаф изданию New Yorker в 2010 году.
Гуденаф, уроженец Германии, 97-летний профессор инженерных наук Техасского университета в Остине, является самым старым человеком, получившим Нобелевскую премию. Он улучшил батареи в 1980 году, заменив дисульфид титана в катодной части батарей на оксид кобальта.
Батареи удвоили свой энергетический потенциал из-за оксида кобальта — идея, «которая в то время была действительно нестандартной», — сказала Бонни А. Шарпантье, президент Американского химического общества.
Йошино из Университета Мейджо в Нагое, Япония, разработал первую коммерческую литий-ионную батарею пятью годами позже, когда он сделал еще одну замену: на этот раз, заменив реактивный литий в аноде на углеродсодержащий материал, нефтяной кокс.(Удаление чистого лития Йошино снизило риск взрывов; его команда бросила железные шары на батареи, чтобы продемонстрировать, что они не взорвутся.)
Он залил этот кокс электронами, отрицательные заряды которых выманивали положительные ионы лития из кобальтовый катод. Когда батарея была включена, ионы и электроны текли обратно на катод.
Поскольку эти частицы перемещались из конца в конец, в отличие от традиционных батарей, они не вступали в химическую реакцию.В совокупности эти открытия позволили создать легкую батарею, которая может без сбоев заряжаться сотни раз.
«Прелесть в том, что они основывались на работе друг друга для решения проблем, которые действительно требовали решения», — сказал Шарпантье.
Лауреат по химии 2019 года Джон Гуденаф удвоил потенциал литиевой батареи, создав подходящие условия для гораздо более мощной и полезной батареи. # NobelPrize pic.twitter.com/ygivR7hySG
— Нобелевская премия (@NobelPrize) 9 октября 2019 г.
В уголках мира, где отсутствует электрическая инфраструктура, по ее словам, люди теперь могут выходить в Интернет через мобильные телефоны, заряжаемые от небольших солнечных панелей — технологии с литиевыми батареями в их сердцах.
«Это действительно изобретение, изменившее жизнь многих людей», — сказал Шарпантье. «Это вносит фундаментальные изменения во всем мире, открывая доступ к электроэнергии».
Исследователи работают над усовершенствованием аккумуляторных батарей, используя новые материалы для повышения их емкости и эффективности. «Изменение климата — очень, очень серьезная проблема для человечества», — сказал Йошино, позвонивший на конференцию в Швеции.
Батареи, способные накапливать энергию из возобновляемых источников, уменьшают зависимость от ископаемого топлива.
«Мы все очень счастливы», что Нобелевский комитет признал практическую технологию, — сказал Уиттингем из Ульма, Германия, где ученый присутствовал на конференции, посвященной разработке автомобильных аккумуляторов. «Это очень хорошее трио», — сказал он. «Мы очень хорошо дополняли друг друга».
«Литиевые батареи повлияли на жизнь почти каждого человека в мире», — сказал Уиттингем. Он изучает способы сделать их более дешевыми и мощными для борьбы с изменением климата. «Я все еще работаю над батареями.«
Получатели равномерно разделят денежную премию в размере около 900 000 долларов США и получат золотые медали, достаточно большие, чтобы вызвать подозрения у службы безопасности аэропорта.
« Доживите до 97 [лет], и вы можете делать все », — сказал Гуденаф в своем заявлении. заявление. «Для меня большая честь выиграть Нобелевскую премию. Я благодарю всех своих друзей за поддержку и помощь на протяжении всей моей жизни ».
Из более чем 600 медалей Нобелевской премии, присужденных в области науки, 20 достались женщинам. Шведская Королевская академия наук изменила процесс награждения в 2019 году, чтобы побудить больше разнообразие; это увеличило количество назначенных женщин-ученых, как недавно сообщил Nature генеральный секретарь академии.
Несмотря на это, все лауреаты премии 2019 года — мужчины.
2019 © The Washington Post
Изначально эта статья была опубликована The Washington Post .