Новый материал увеличит ёмкость литий-ионных батарей в 3 раза
Увеличить емкость и продлить срок службы литий-ионных батарей смогли ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС») в составе международного коллектива. По словам исследователей, они синтезировали новый наноматериал, который сможет заменить низкоэффективный графит, применяемый сегодня в литий-ионных батареях. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds .
Литий-ионные батареи — основной тип аккумуляторов для бытовых приборов от смартфонов до электромобилей. Цикл зарядки-разрядки в таком аккумуляторе обеспечивается движением ионов лития (Li+) между двумя электродами — от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду.
Сфера применения литий-ионных батарей постоянно расширяется, но при этом, по словам ученых, их емкость до сих пор ограничена свойствами графита — основного анодного материала. Ученым НИТУ «МИСиС» удалось получить новый материал для анодов, способный обеспечить серьезный прирост емкости и продлить время службы батареи.
«Полученные нами пористые наноструктурные микросферы состава Cu0,4Zn0,6Fe2O4 в качестве материала анода обеспечивают емкость выше, чем у аналогов минимум на 30 процентов, позволяя при этом увеличить число циклов зарядки-разрядки в 5 раз. Такое улучшение достигается за счёт синергетического эффекта при сочетании особой наноструктуры и состава использованных элементов», — рассказал ассистент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Евгений Колесников.
Синтез конечного материала происходит в один шаг без промежуточных этапов благодаря использованию метода спрей-пиролиза. Для этого, как объяснили ученые, водный раствор с ионами нужных металлов превращают в туман при помощи ультразвука, а затем воду при температурах до 1200 °С выпаривают с разложением исходных солей металлов. В результате получаются сферы микронных или субмикронных размеров с пористостью, необходимой для работы в литий-ионной системе.
Электрохимические исследования материала, синтезированного специалистами НИТУ «МИСиС», проводились учеными Сеульского национального университета науки и технологий (Республика Корея), Норвежского университета науки и технологий (Норвегия) и Института науки и технологий SRM (Индия).
В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить поиски новых более эффективных составов аккумуляторных электродов.
Материал из России в три раза увеличит емкость литий-ионных батарей
https://ria.ru/20210212/misis-1596967761.html
Материал из России в три раза увеличит емкость литий-ионных батарей
Материал из России в три раза увеличит емкость литий-ионных батарей
РИА Новости, 12.02.2021
2021-02-12T09:00
2021-02-12T09:00
2021-02-12T09:03
наука
университетская наука
навигатор абитуриента
мисис
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdn24.img.ria.ru/images/07e5/02/0b/1596964437_0:202:3000:1890_1920x0_80_0_0_511eec5aa2d0a6701c7bdef87ce1d654.jpg
МОСКВА, 12 фев — РИА Новости. Увеличить емкость и продлить срок службы литий-ионных батарей смогли ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ МИСиС) в составе международного коллектива. По словам исследователей, они синтезировали новый наноматериал, который сможет заменить низкоэффективный графит, применяемый сегодня в литий-ионных батареях. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.Литий-ионные батареи — основной тип аккумуляторов для бытовых приборов от смартфонов до электромобилей. Цикл зарядки-разрядки в таком аккумуляторе обеспечивается движением ионов лития между двумя электродами — от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду.Сфера применения литий-ионных батарей постоянно расширяется, но при этом, по словам ученых, их емкость до сих пор ограничена свойствами графита — основного анодного материала. Ученым НИТУ МИСиС удалось получить новый материал для анодов, способный обеспечить серьезный прирост емкости и продлить время службы батареи.Синтез конечного материала происходит в один шаг без промежуточных этапов благодаря использованию метода спрей-пиролиза. Для этого, как объяснили ученые, водный раствор с ионами нужных металлов превращают в туман при помощи ультразвука, а затем воду при температурах до 1200 °С выпаривают с разложением исходных солей металлов. В результате получаются сферы микронных или субмикронных размеров с пористостью, необходимой для работы в литий-ионной системе.Электрохимические исследования материала, синтезированного специалистами НИТУ МИСиС, проводились учеными Сеульского национального университета науки и технологий (Республика Корея), Норвежского университета науки и технологий (Норвегия) и Института науки и технологий SRM (Индия).В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить поиски новых более эффективных составов аккумуляторных электродов.
https://ria.ru/20190603/1555207004.html
https://ria.ru/20200713/1574264241.html
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2021
РИА Новости
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
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdn22.img.ria.ru/images/07e5/02/0b/1596964437_331:0:3000:2002_1920x0_80_0_0_41c6631c2e1b7712732bc421c7367476.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
университетская наука, навигатор абитуриента, мисис
МОСКВА, 12 фев — РИА Новости. Увеличить емкость и продлить срок службы литий-ионных батарей смогли ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ МИСиС) в составе международного коллектива. По словам исследователей, они синтезировали новый наноматериал, который сможет заменить низкоэффективный графит, применяемый сегодня в литий-ионных батареях. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.Литий-ионные батареи — основной тип аккумуляторов для бытовых приборов от смартфонов до электромобилей. Цикл зарядки-разрядки в таком аккумуляторе обеспечивается движением ионов лития между двумя электродами — от отрицательно заряженного анода к положительно заряженному катоду.
3 июня 2019, 12:32НаукаРоссийские ученые нашли «зеленую» замену для литиевых аккумуляторовСфера применения литий-ионных батарей постоянно расширяется, но при этом, по словам ученых, их емкость до сих пор ограничена свойствами графита — основного анодного материала. Ученым НИТУ МИСиС удалось получить новый материал для анодов, способный обеспечить серьезный прирост емкости и продлить время службы батареи.
«Полученные нами пористые наноструктурные микросферы состава Cu0,4Zn0,6Fe2O4 в качестве материала анода обеспечивают емкость втрое выше, чем у существующих на рынке батарей, при этом позволяя увеличить число циклов зарядки-разрядки в 5 раз по сравнению с другими перспективными альтернативами графиту. Такое улучшение достигается за счет синергетического эффекта при сочетании особой наноструктуры и состава использованных элементов», — рассказал ассистент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСиС Евгений Колесников.
Синтез конечного материала происходит в один шаг без промежуточных этапов благодаря использованию метода спрей-пиролиза. Для этого, как объяснили ученые, водный раствор с ионами нужных металлов превращают в туман при помощи ультразвука, а затем воду при температурах до 1200 °С выпаривают с разложением исходных солей металлов. В результате получаются сферы микронных или субмикронных размеров с пористостью, необходимой для работы в литий-ионной системе.
Электрохимические исследования материала, синтезированного специалистами НИТУ МИСиС, проводились учеными Сеульского национального университета науки и технологий (Республика Корея), Норвежского университета науки и технологий (Норвегия) и Института науки и технологий SRM (Индия).
В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить поиски новых более эффективных составов аккумуляторных электродов.
13 июля 2020, 11:40НаукаУченые придумали, как улучшить батареи смартфоновПолитика зарядки – Наука – Коммерсантъ
В 2019 году долгожданную Нобелевскую премию по химии получили создатели литий-ионного аккумулятора Джон Гуденаф (США), Акира Ёсино (Япония) и Стэнли Уиттингем (Великобритания). «Литий-ионные аккумуляторы произвели революционные изменения в нашей жизни с тех пор, как впервые появились на рынке в 1991 году. Они заложили основу беспроводного общества, свободного от углеводородного топлива, их появление принесло неоценимую пользу человечеству»,— объяснил решение Нобелевский комитет.
Николай Козин
Если не литий, то…
Литий-ионные аккумуляторы появились в начале 1990-х годов и очень быстро совершенствовались: росла популярность портативной электроники, сначала ноутбуков, затем смартфонов, планшетов и других гаджетов, питавшихся их энергией. Новый импульс развитию аккумуляторов дали электромобили, роботы, системы хранения и распределения электроэнергии. Но по мере развития выявились и недостатки литий-ионных батарей: пожароопасность, быстрое старение и чувствительность к температуре. Кроме того, технологии, использующие литий, упираются в серьезное ограничение: лития в природе не так много, добывать его дорого, сырье, карбонат лития, стоит свыше $20 тыс. за тонну.
Но заменить литий сложно. К примеру, удельная емкость, то есть соотношение заряда и массы иона, у него максимальная, более легкого иона металла не существует. Сообщения о перспективных материалах, способных составить конкуренцию литию, появляются регулярно, но их разработчики не скрывают проблем и ограничений, которые могут быть в принципе неразрешимы.
К примеру, команда из Стэнфорда объявила, что изобрела алюминий-ионный аккумулятор, выдерживающий 7 тыс. циклов зарядки, которая еще и происходит всего за секунды. Вообще-то алюминий-ионные аккумуляторы появились более 30 лет назад, они небезопасны, недружественны к окружающей среде и быстро теряют способность перезаряжаться. Стэнфордская батарейка вроде опровергала эту репутацию, но ученые сообщили, что носитель заряда в аккумуляторе – не трехзарядный катион алюминия Al3+ (он мог бы «нести» в три раза больше заряда, чем однозарядный лития), а комплексный ион AlCl
Группа израильского профессора Дорона Орбаха занимается магнием — металлом с зарядом +2, то есть батарейка на магнии должна иметь большую емкость, чем на однозарядном литии. Но исследователи не могут найти в пару магнию катод: стабильные и безопасные оксиды оказываются ловушками для магния, а у сульфидов, в которых скорость движения катионов магния выше, слишком низкое напряжение.
Есть надежды на проточные ванадиевые окислительно-восстановительные аккумуляторы — гигантские баки с жидким электролитом (сернокислый раствор солей ванадия), способные хранить избыточную возобновляемую энергию. Когда солнечные панели или ветрогенераторы вырабатывают электричество, насосы прокачивают электролит через электроды системы, он заряжается и возвращается обратно в емкость. В Китае собирались построить крупнейшую в мире ванадиевую проточную батарею емкостью 800 МВт•ч.
Поклонники жидких батарей упирают на их надежность: тысячи циклов зарядки, а это три-четыре года службы, без признаков деградации! Но КПД проточных аккумуляторов значительно ниже, чем металл-ионных — не более 70%. Да и система из баков с серной кислотой может быть только статичной — об электробусах и электрокарах точно можно забыть. Наконец, ванадий недешев — $50 за килограмм пятивалентного оксида.
Так что, пишут британские ученые в обзоре аккумуляторных технологий, литий-ионные аккумуляторы будут доминировать на рынке по крайней мере до середины XXI века. Ключевое достоинство лития неоспоримо — этот металл очень легкий и «быстрый», и миниатюрные батареи для смартфонов, ноутбуков и других гаджетов уже прочно закреплены за ним. Но уже для электромобиля (десятки киловатт-часов энергии) и тем более для электростанции (мега- и гигаватт-часы) удельная и объемная энергоемкость (энергия на единицу массы и объема) становятся не так важны, и прорыв могут обеспечить натрий-ионные аккумуляторы, заменив сразу и дорогие литий-ионные, и морально устаревшие свинцово-кислотные.
Сравнение натрий-ионного и свинцового аккумулятора по основным параметрам
…натрий!
Свинцово-кислотные аккумуляторы изобретены 150 лет назад и знакомы любому, кто хотя бы раз открыл капот машины,— но продажи их по-прежнему опережают продажи литий-ионных батарей: $40 млрд против $30 млрд в 2019 году.
Натриевый аккумулятор имеет близкие к литиевому энергетические характеристики, но натрий примерно в сто раз дешевле лития, а химические свойства натрия позволяют использовать легкий и дешевый алюминий вместо тяжелой и дорогой меди на анодном токосъемнике. Есть и минусы: радиус иона натрия больше, чем иона лития, и значит, плотность энергии на натриевом электроде ниже, и для энергоемкости, сравнимой с литий-ионной батареей, натрий-ионная должна быть размером на 30–50% больше. Но там, где размер не так важен, натрий-ионные батареи будут теснить свинцово-кислотные и захватывать новые ниши, предсказывают специалисты,— например, электротранспорт, для которого важней скорость зарядки, чем миниатюрность и емкость.
«Поиск нового материала для электрохимических приложений по большей части выглядит как эмпирические предположения ученых — они отмечают интересные свойства в соединениях сходного состава и структуры и пытаются получить новые, улучшенные материалы. Специалисты химического факультета МГУ обнаружили интересную структуру, ранее описанную только для крупных щелочных катионов — калия, рубидия, цезия,— и попробовали синтезировать новое соединение с натрием с целью проверить его электрохимические свойства. Они оказались уникальными»,— рассказал декан факультета, член-корреспондент РАН Степан Калмыков.
Сотрудники кафедры электрохимии МГУ под руководством старшего научного сотрудника, кандидата химических наук Олега Дрожжина впервые синтезировали и охарактеризовали электрохимические свойства натрий-ванадиевого пирофосфата β-NaVP2O7. Энергоемкость его достигает 420 Вт•ч/кг, всего на 20% меньше, чем у литиевого катодного материала LiCoO2 — 530 Вт•ч/кг. Другая важная характеристика этого электродного материала — крайне малое, всего полпроцента, изменение объема при зарядке-разрядке. Схожими свойствами обладает разве что литий-титановая шпинель, самый стабильный, мощный и безопасный анодный материал, работающий в электротранспорте.
Схема натрий-ионного аккумулятора
«Изменение объема при зарядке-разрядке напрямую влияет на такой важный показатель, как потеря емкости со временем. Чем меньше меняется объем материала, тем дольше он сможет стабильно работать. Множество соединений так и не нашли применение в аккумуляторах из-за значительного изменения в объеме»,— объясняет Олег Дрожжин.
Электрохимики получили материал, каркас которого может обратимо отдавать и внедрять до двух катионов натрия на одну элементарную ячейку, от состава VP2O7 до Na
На замену литий-ионным батареям создали аккумулятор на основе натрия — Наука
ТАСС, 1 июня. Американские химики разработали новый тип натриевых аккумуляторов: у них такая же энергоемкость, как и у их литиевых аналогов, и при этом они почти не теряют емкость через тысячу циклов разрядки. Описание разработки опубликовал научный журнал ACS Energy.
«Наша работа открывает дорогу для создания практичных натриевых батарей, а данные о взаимодействиях катода и электролита помогут понять, как избавиться от кобальта в электродах аккумуляторов. Если мы найдем альтернативу и литию, и кобальту, натриевые батареи смогут реально конкурировать с их литиевыми аналогами», – рассказал один из разработчиков, химик из Университета штата Вашингтон Цзюньхуа Сун.
Сейчас литий-ионные аккумуляторы – основной источник питания для всех автономных электрических устройств, начиная с различных гаджетов и заканчивая межпланетными зондами и промышленными инструментами. Несмотря на все плюсы, у них есть ряд недостатков: эти аккумуляторы медленно заряжаются, они взрывоопасны и запасают недостаточно много энергии.
Химики и физики пытаются решить эту проблему двумя путями: совершенствуя устройство уже существующих батарей и пытаясь заменить соли лития на другие вещества. В частности, сейчас ученые пытаются создать батареи на основе чистого лития, а также различных соединений натрия, серы, калия и ряда других элементов.
Замена для лития
У подобных аккумуляторов есть множество других проблем: например, они недолговечны, а их производство сложно масштабировать. В частности, большинство литий-воздушных батарей выходят из строя через несколько десятков циклов заряда-разряда, а у натриевых батарей низкие энергоемкость и скорость повторной зарядки.
Сун и его коллеги решили эту проблему, создав новый тип катода – одного из двух электродов батареи, который играет роль ее положительного полюса и источника электрической энергии. Как правило, мощность и долговечность литий-ионных и натриевых батарей очень сильно зависит от того, из чего состоит катод и как он взаимодействует с их электролитом.
Химики объясняют, что в результате этих взаимодействий на границе между катодом и электролитом часто образуются кристаллов из соли. Это мешает ионам натрия «путешествовать» между ними, в результате чего снижается емкость батареи. Сун и его коллеги смогли подавить этот процесс, покрыв катод специальной пленкой из оксидов никеля, марганца, кобальта и натрия.
Этот состав, как показали опыты ученых, не мешает миграциям ионов, но при этом не дает кристаллам формироваться на поверхности катода. Благодаря этому ученые смогли добиться того, что энергоемкость экспериментальной натриевой батареи стала почти такой же, как у большинства литий-ионных аккумуляторов. При этом они теряли лишь 20% емкости через тысячу циклов разряда и заряда.
Дальнейшее изучение процесса формирования кристаллов соли на поверхности катода, как надеются ученые, поможет им сделать натриевые батареи еще дешевле. Благодаря этому они могут заменить не только литий-ионные аккумуляторы, но и другие типы источников питания, которые сейчас применяются в быту и промышленности, надеются авторы исследования.
Апельсиновая кожура поможет переработать литий-ионные аккумуляторы
Rebecca Siegel /flickr
Химики из Франции и Сингапура предложили добывать ценные металлы из литий-ионных аккумуляторов с помощью лимонной кислоты и восстановителя из экстракта апельсиновой кожуры. Новый способ позволяет регенерировать из катодного материала более 90 процентов кобальта без образования вредных побочных продуктов. Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Science & Technology.
Рынок литий-ионных аккумуляторов постоянно растет и по прогнозам к 2026 году достигнет 139 миллиардов долларов. Вместе с производством растет и количество вышедших из строя аккумуляторов. В настоящее время в Евросоюзе перерабатывается только пять процентов использованных литий-ионных аккумуляторов, в других странах, в том числе и в России — еще меньше. Между тем такая переработка могла бы быть очень выгодной: помимо лития, запасы которого на нашей планете истощаются, из использованных аккумуляторов можно регенерировать кобальт (Co), а также марганец (Mn) и никель (Ni).
Проблема в том, что дешевого, экологичного и безопасного способа выделения металлов из литий-ионных аккумуляторов пока не существует. Металлы можно восстанавливать так называемым пирометаллургическим способом: длительным нагревом до температуры 500 градусов Цельсия и выше, которое требует больших затрат энергии. Другой вариант — использование сильных неорганических кислот (серной, азотной, соляной) в сочетании с восстановителем (чаще всего это перекись водорода). Этот процесс протекает при более низкой температуре (от 100 до 200 градусов Цельсия), но у него есть другой существенный недостаток — образование большого количества вредных побочных продуктов, среди которых оксиды серы и азота, а также газообразный хлор. Более мягкие и экологичные способы выделения металлов, которые основаны на использовании слабых неорганических кислот (например, лимонной) и более мягких восстановителей пока недостаточно эффективны, чтобы применять их в промышленности.
Чор Йонг Тай (Chor Yong Tay) и Мадхави Шринивасан (Madhavi Srinivasan) из Наньянского технологического университета в Сингапуре совместно с коллегами предложили одновременно экологичный и эффективный способ переработки литий-ионных аккумуляторов. Они использовали лимонную кислоту, а в качестве восстановителя — экстракт апельсиновой кожуры. Восстановительные свойства апельсиновой кожуры известны ученым уже давно, хотя однозначного объяснения этому феномену пока нет. По всей видимости, причин две: термическое преобразование целлюлозы в восстанавливающие сахара (например, глюкозу и ксилозу) и наличие природных антиоксидантов, таких как флавоноиды и фенольные кислоты.
Для того чтобы получить восстанавливающий препарат, апельсиновую кожуру мелко крошили, сушили при температуре 60 градусов Цельсия в течение трех дней и пропускали через металлическую сетку с диаметром отверстий 250 микрометров. На этом этапе было важно точно знать количество восстановителя, поэтому ученые высчитывали массу влаги в каждом образце кожуры методом термогравиметрического анализа. Сначала новый восстановитель испытали на чистом оксиде лития-кобальта LiCoO2, а затем перешли к регенерации металлов из старых литий-ионных аккумуляторов с напряжением единичного элемента от 3,1 до 3,4 вольта.
Перед регенерацией аккумуляторы полностью разряжали, поместив на ночь в раствор хлорида натрия. Затем аккумуляторы вскрывали, содержащийся внутри черный порошок, богатый металлами, смешивали с препаратом апельсиновой кожуры и лимонной кислотой и кипятили при перемешивании — концентрацию кислоты, скорость перемешивания и количество восстановителя варьировали. После четырех часов кипячения реакцию прекращали и полученный раствор очищали от остатков нерастворившегося твердого материала сначала центрифугированием, а затем фильтрованием. Значительная часть металлов переходит в раствор, кобальт, никель и марганец можно осадить в виде нерастворимых гидроксидов (гидроксид лития растворим и останется в растворе). Ученые проводили параллельно два эксперимента — с апельсиновой кожурой и стандартным восстановителем, перекисью водорода, чтобы сравнить их эффективность. Количество восстановленных металлов высчитывали с помощью метода атомно-эмисионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. (ICP-OES).
Схема выделения металлов из литий-ионных аккумуляторов с помощью препарата апельсиновой кожуры
Wu et al. / Environmental Science & Technology, 2020
Ученым удалось извлечь из старых аккумуляторов 98,9 процента кобальта, 72,5 процента лития, 98,2 процента никеля и 99,8 процента марганца — для всех металлов кроме лития препарат апельсиновой кожуры оказался эффективнее, чем перекись водорода. Полученный оксид кобальта смешали с карбонатом лития и прокалили на воздухе при температуре 850 градусов Цельсия, чтобы получить смешанный оксид лития кобальта LiCoO2. Из LiCoO2 затем изготовили катоды для литий-ионных аккумуляторов — по своим характеристикам они не уступали стандартным устройствам. Кроме того, ученые протестировали побочные продукты, которые получаются в реакции растворения черного порошка, и убедились, что они не токсичны.Над поиском дешевых и экологичных способов восстановления ценных металлов работают сейчас многие ученые. Например, в июне корейские химики разработали пористый полимер, который позволяет селективно выделять золото из старых покрытий печатных плат. Один грамм такого сорбента себестоимостью пять долларов мог захватывать более полутора грамм золота ценой около 64 долларов.
Наталия Самойлова
Tesla в полтора раза увеличит емкость самого мощного в мире литий-ионного аккумулятора
В первой половине 2020 г. Tesla Inc. планирует увеличить мощность крупнейшей в мире литий-ионной аккумуляторной батареи Hornsdale Power Reserve, также известной как «Большая батарея Тесла», со 100 до 150 МВт. Емкость аккумулятора пропорционально вырастет до 193,5 МВт ч. Это должно повысить стабильность энергосети в Южной Австралии, где расположен аккумулятор, сообщила во вторник французская компания Neoen, которой принадлежит батарея.
Стоимость проекта составит 71 млн австралийских долларов (сумма эквивалентна $42,3 млн). Из них 3 млн австралийских долларов выделит правительство штата, еще 8 млн австралийских долларов – Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии. Каким образом будет профинансирована остальная часть проекта, Neoen не сообщила.
Кроме рекордной емкости «Большая батарея Тесла» известна тем, что была построена «на спор». Аккумулятор был собран в Джеймстауне в 2017 г., после того как сильнейший за последние 50 лет ураган повредил объекты инфраструктуры и оставил без электричества около 1,7 млн человек. Генеральный директор Tesla Илон Маск заявил тогда, что его компания готова решить проблему, построив супераккумулятор за три месяца, а если не уложится в срок, строительство не будет стоить Австралии ни цента. В итоге станцию построили за два месяца и $66 млн, и сейчас она подключена к ветряной электростанции Hornsdale, построенной Neoen.
150 МВт
составит мощность крупнейшей в мире литий-ионной аккумуляторной батареи Hornsdale Power Reserve
При полной зарядке аккумулятор может обеспечивать электричеством до 30 000 домов в течение часа. В отсутствие форс-мажора она используется для стабилизации энергосистемы и позволяет выравнивать стоимость электроэнергии между суточными пиками и падением потребления. За год использования батарея позволила потребителям сэкономить суммарно более 50 млн австралийских долларов, говорится в сообщении Neoen.
Развитие систем накопления электроэнергии связано с ростом генерации, основанной на нестабильных источниках – солнце и ветре, говорит руководитель направления «Электроэнергетика» центра энергетики московской школы управления «Сколково» Алексей Хохлов. «По оценкам Bloomberg New Energy Finance, установленная мощность накопителей в мире вырастет с 9 ГВт в 2018 г. до 1095 ГВт в 2040 г. За это время в отрасль будет вложено $662 млрд», – приводит данные Хохлов. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что мощность промышленных накопителей к 2040 г. составит 330–550 ГВт. «Стоимость хранения при этом будет снижаться – ожидается, что цены на литий-ионные батареи к 2030 г. упадут вдвое по сравнению с 2018 г.», – говорит Хохлов. В перспективе 10 лет накопители могут стать экономически эффективнее, чем газотурбинные установки, которые сейчас используются для балансировки энергосистем, говорит эксперт.
Пока 95% всех накопителей в мире – гидроаккумулирующие электростанции, но это технически сложные и дорогие сооружения, говорит консультант Vygon Consulting Максим Баранов. В то же время в мире развиваются альтернативные технологии, рассказывает эксперт: в 2017 г. в США была введена литий-ионная батарея емкостью 120 МВт ч, в 2019 г. в Абу-Даби 15 систем хранения на натрий-серных аккумуляторах объединили в один «виртуальный накопитель» емкостью 648 Мвт ч. При этом литий-ионные батареи ежегодно дешевеют на 5–10%, сейчас они продаются по $450–550 за 1 кВт ч.
В России стимулом для развития технологий накопления энергии также может стать ввод новых зеленых мощностей, считает Хохлов.
Почему мы используем литий-ионные аккумуляторы?
Литий-ионные аккумуляторы сейчас используются практически везде — от тяжелой промышленности до электрических приборов для домашнего использования. В этом легко убедиться просто открыв заднюю крышку своего смартфона — на батарее точно есть пометка Li-ion. До литий-ионных батарей техника работала на никель-кадмиевых аккумуляторах. Но в связи с резким ухудшением экологической ситуации в мире, в Европе с 2017 года запрещено производство и использование аккумуляторов на основе кадмия.
Аккумуляторные инновации в мире
Речь здесь идет об аккумуляторной технике массового потребления — садовая и строительная техника, электронные гаджеты и даже некоторые автомобили. Сегодня как раз эти категории товаров для массового рынка переходят на литий-ионные аккумуляторы.— поясняет ситуацию Ярослав Перминов, руководитель команды Green Battery.
Технологии не стоят на месте, и практически ежедневно ученые делают все больше открытий, открывают новые химические реакции и их свойства, которые должны послужить на благо человечеству.
Так, например, в 2016 году исследователи Калифорнийского университета в Ирвайне совершили «случайное» открытие: заменив жидкий электролит на гелевый, основой которого является полиметилметакрилат, и добавив золотые нанонити, ученые отметили, что энергоёмкость новых аккумуляторов не снижается даже после большого количества циклов зарядки.
Если стандартный аккумулятор ведет свою «жизнедеятельность» на протяжении 500-2000 циклов, то аккумуляторы с использованием нанотехнологий увеличивают свою работу практически до 100 тысяч циклов.
Российские разработки в аккумуляторной сфере
Российские ученые не отстают от зарубежных производителей аккумуляторов. В Самарском национальном исследовательском университете имени академика С. П. Королёва в 2016 году стартовали разработки аккумулятора на основе алюминия. Технология обещает быть более безопасной в использовании, экологичнее при утилизации и дешевле при производстве.
А в Санкт-Петербурге, в Университете ИТМО инженеры с 2017 года разрабатывают новую технологию производства аккумуляторов, которая заключается в создании нового электродного материала и полной замене лития на твердый электролит. За счет этого время полной зарядки аккумулятора составляет всего 1 минуту, а общее количество циклов зарядки без энергопотерь увеличивается практически до 10 тысяч. Также гарантируется безопасность при эксплуатации и утилизации.
Прикладное развитие аккумуляторов в инструменте и садовой технике
Но здесь нужно отметить тот факт, что о массовом производстве таких инновационных аккумуляторов речь пока не идет, так как помимо высокой стоимости производства сам технологический процесс до сих пор не отработан.
Научные открытия и изобретения новых технологий при производстве аккумуляторов станут драйвером перехода морально устаревшей техники с двигателей внутреннего сгорания на литий-ионные батареи. На данный момент продажи аккумуляторной техники с каждым годом увеличиваются порядка 10-15%. Таким темпом уже к 2020 году мы ожидаем перехода практически 80% покупателей с бензоинструментов на аккумуляторную технику— рассказывает глава Green Battery.
— Вопрос использования литий-ионных аккумуляторов при существующих аналогах индивидуален. Некоторые предпочитают исключительно аккумуляторную технику, а кто-то работает «по старинке». Но на дворе XXI век, все технологии стремятся улучшить свою работоспособность и при этом не вредить окружающей среде. На данный момент литий-ионные аккумуляторы являются лучшим решением проблем экологической ситуации в мире в совокупности с удобством использования, энергоэффективностью и доступной ценой.
Всегда интересные новости и статьи от команды сайта Green-Battery.ru
Копирование текстов возможно только со ссылкой на первоисточник.
Литий-ионные аккумуляторы — светлое будущее
Литий-ионные батареи. Предоставлено: Андрей Клеменков / iStock
.С момента своего первого коммерческого внедрения в 1999 году литий-ионные батареи стали неотъемлемой частью современных технологий и, следовательно, нашего современного образа жизни.
Они работают почти на всех смартфонах, ноутбуках и планшетах, продаваемых сегодня по всему миру. И их роль, вероятно, станет еще более важной в будущем, поскольку электромобили (электромобили) все еще являются развивающимся рынком.Такие транспортные средства — в число которых входят не только электромобили, но и электрические мотоциклы, автобусы или грузовики — неизбежно заменят обычные бензиновые, что еще больше повысит спрос на литий-ионные (литий-ионные) батареи высокой плотности.
Батареитакже недостаточно используются в системах электроснабжения, особенно в сочетании с фотоэлектрической и ветровой энергией, где они могут значительно снизить выбросы углерода. Пожалуй, нет другой области науки о материалах, которая затронула бы образ жизни каждого человека на этой планете, как литий-ионные батареи.
Это достижение стало возможным благодаря работе Джона Б. Гуденафа, Стэнли Уиттингема и Акиры Йошино. Их новаторская работа была отмечена Шведской королевской академией наук, которая в 2019 году присудила им Нобелевскую премию по химии «за разработку литий-ионных батарей». (Узнайте больше об их исследованиях в этой предыдущей записи блога.)
Будущее литий-ионного накопителя энергии кажется светлым, но чего нам ожидать?
К 2025 году рынок электромобилей вырастет до 567 миллиардов долларов.Предоставлено: MikesPhotos / Pixabay
. Почему литий-ионные аккумуляторы — это удивительные устройства хранения энергииЛитий-ионный аккумулятор (LIB) работает аналогично другим аккумуляторам. Однако его главное отличие состоит в том, что на электроды не так сильно влияют химические реакции. Ионы лития текут от отрицательного анода к положительному катоду при разряде и наоборот при заряде.
Основная причина, по которой LIB так популярны, связана с их впечатляющей плотностью энергии (100-265 Втч / кг или 250-670 Втч / л, в зависимости от количества ионов лития, которые электроды могут удерживать на единицу площади поверхности).Это позволяет мобильным устройствам получать энергию из очень небольшого пространства. По сравнению с другими технологиями аккумуляторов, такими как никель-кадмиевые или гибридные никель-металл-никель, LIB обеспечивают короткое время зарядки и могут выполнять большое количество циклов разрядки до того, как они разрядятся.
Главный недостаток LIB — безопасность. LIB имеют тенденцию к перегреву и могут выйти из строя под высоким напряжением и не подлежат ремонту. В крайних случаях литий-ионные системы питания могут даже воспламениться, как это было видно на смартфоне Galaxy Note 7, неисправность аккумулятора которого привела к возгоранию некоторых телефонов.Похожая проблема стала причиной остановки парка самолетов Boeing 787. В настоящее время производители должны внедрять сложные механизмы безопасности, ограничивающие напряжение и внутреннее давление.
Будущее литий-ионных накопителей энергииКрупнейшим рынком литий-ионных аккумуляторов традиционно были портативные электронные устройства, но также наблюдается значительный рост спроса на LIB на транспорте. Поскольку электромобили находятся на пути к тому, чтобы соответствовать обычным автомобилям с точки зрения цены и диапазона расстояний, то, конечно, может быть только вопрос времени, когда большая часть или весь автомобильный транспорт будет работать на электричестве от LIB.Сегодня не редкость, когда электромобиль продерживается 360–450 километров без подзарядки. С повышением плотности энергии автономность автомобиля будет увеличена, что сделает электромобили более жизнеспособными.
Быстрая зарядка — еще один ключевой аспект. Доктор Чао-Ян Ван, профессор Университета штата Пенсильвания, и его сотрудники использовали специальную установку, чтобы зарядить LIB до 80% за 10 минут, не повредив его. «10-минутная тенденция предназначена для будущего и важна для внедрения электромобилей, потому что она решает проблему беспокойства о запасе хода», — сказал Ван в пресс-релизе.
Влияние LIB на транспорт также включает аэрокосмические приложения, от дронов до спутников. Израильская фирма Eviation работает над прототипом полностью электрического самолета, который сможет перевозить девять пассажиров до прибл. 1 000 км на 3 000 м и 440 км / ч — все работает от аккумуляторов.
LIB также окажутся незаменимыми в борьбе с изменением климата, обеспечивая автомобили и наши домохозяйства возобновляемой энергией. Возобновляемая энергия зависит от факторов окружающей среды.Солнечные панели не вырабатывают электроэнергию ночью, как и турбины при слабом ветре. Сейчас исследователи стремятся найти наиболее оптимальное и экономичное решение для хранения этой энергии, чтобы сделать ее конкурентоспособной по цене с заводами, работающими на ископаемом топливе.
Crefit: elxeneize / iStock
Аккумуляторы, производимые на новых заводах в Китае, США, Таиланде и других странах, уже значительно снижают цены. С 2010 года они упали на 85%. Если эта тенденция сохранится, возможно, что электросеть будущего будет в значительной степени поддерживаться системами хранения энергии на основе литий-ионных аккумуляторов.LIB могут вызвать усиление децентрализации энергии, поскольку все больше людей используют системы хранения энергии в сочетании с солнечными батареями на крыше.
Имейте в виду, что там, где есть потребность в технологиях, возникает потребность в энергии. Сюда также входит мир миниатюрных электрических устройств. Существенные успехи были достигнуты в интеграции LIB в миниатюрные медицинские устройства, такие как слуховые аппараты или маломощные имплантируемые устройства, используемые для определения уровня глюкозы, нейростимуляции, доставки лекарств и т. Д.
Конечный ресурс Литий-ионные аккумуляторыобладают огромным потенциалом для перехода мира к 100% возобновляемым источникам энергии в глобальном масштабе.
Однако такой переход нужно проводить ответственно. Литий иногда называют « белой нефтью » в знак того, что это ограниченный ресурс с серьезным воздействием на окружающую среду. Если литий и другие редкоземельные элементы добываются с использованием неэффективных методов управления, это может привести к значительным выбросам углерода и сохранению окружающей среды бездействующий.К 2025 году спрос на литий, как ожидается, вырастет до 1,3 миллиона метрических тонн LCE (эквивалента карбоната лития), что более чем в три раза превышает сегодняшний уровень.
Для достижения этой цели важно свести к минимуму нашу зависимость от кобальта, внедрить схемы сбора и переработки аккумуляторов, использовать новые концепции, такие как бывшие в употреблении аккумуляторы, для исчерпания срока службы аккумуляторов до того, как они попадут на завод по переработке, переключить извлечение лития с твердых пород на рассола и способствовать росту рынка, чтобы воспользоваться эффектом экономии от масштаба.
Сегодня литий-ионные аккумуляторы уже широко используются и означают большой бизнес. Но в будущем все прогнозы предполагают, что технология движется только в одном направлении — вверх. Например, из Массачусетского технологического института Йет-Мин-Чианг утверждает, что в США работает в три раза больше ученых, занимающихся исследованиями аккумуляторов, чем всего десять лет назад. Поскольку все эти исследователи работают над устранением самых серьезных ограничений, с которыми сталкиваются LIB, инновации неизбежны. Возможно, наилучшее применение LIB по-прежнему находится где-то в лаборатории, ожидая своего открытия.
литий-ионный | Mastervolt
Литий-ионный аккумулятор— это современная аккумуляторная технология. Вы хотите быть самым быстрым или лучшим? Вы хотите экономить энергию или сжигать меньше топлива? Хотите, чтобы ваши вложения длились дольше всех? Вы хотите быть в состоянии как можно дольше, не беспокоясь о своей энергии? Тогда литий-ионные батареи — ваш выбор.
Литий-ионные батареиобладают высокой плотностью энергии, что позволяет экономить до 70% объема и веса по сравнению с традиционными свинцово-кислотными батареями.Они идеально подходят для циклических приложений, выполняя более 2000 циклов с очень глубокими (80%) разрядами, эффективно сохраняя в 5 раз больше энергии по сравнению со свинцово-кислотными.
Линейка Mastervolt MLI — лучшая в линейке. Он предлагает батареи большой емкости, предназначенные для экстремальных режимов езды на велосипеде, со всеми возможными функциями, такими как интегрированная система управления батареями (BMS) и связь MasterBus / CAN.
Некоторые из его выдающихся характеристик:
- Экономия места и веса до 70%.
- Срок службы традиционных аккумуляторов в три раза превышает срок службы.
- Чрезвычайно быстрая зарядка и разрядка.
- Высокая эффективность: энергия не тратится.
- CZone / NMEA 2000 или MasterBus / CAN связь.
Самая безопасная литий-ионная технология из имеющихся
Термин «литий-ионный» включает в себя несколько химических соединений, имеющих несколько разный состав материалов. Эти различия приводят к изменениям плотности энергии и мощности, срока службы, стоимости и безопасности.Поскольку безопасность является нашей первоочередной задачей, Mastervolt предпочитает использовать только самый безопасный из доступных литий-ионных компонентов — литий-железо-фосфатный (LiFePO4).
Mastervolt представляет литий-ионную технологию в трех линейках продукции
MLI серии ; Серия большой емкости, полностью оснащенная для экстремальных циклов, таких как работа кондиционеров, насосов или электродвигателей в течение длительных периодов времени с короткой прерывистой зарядкой.
MLI-E series : MLI-E идеально подходит для приложений, где ключевыми факторами являются долгий срок службы, легкий вес, быстрая зарядка и компактность.Благодаря своему практичному форм-фактору MLI-E идеально подходит для мобильных приложений.
MLS серии ; Серия малой емкости, подходящая для небольших приложений, таких как переносное / мобильное оборудование или резервное питание.
Безопасная работа
Серия Mastervolt MLI оснащена интегрированной системой управления батареями (BMS) и связью через MasterBus / CAN. Это гарантирует эффективную и безопасную работу аккумулятора даже в самых суровых условиях езды на велосипеде.
Аккумуляторы MLS оснащены встроенным автоматическим предохранительным выключателем. Безопасность всегда на первом месте.
Уменьшение веса
Поскольку скорость и производительность имеют решающее значение, литий-ионный аккумулятор, вес которого на 70% меньше, чем аналогичные свинцово-кислотные аккумуляторы, предлагает значительные преимущества. Судно или транспортное средство с накопительной емкостью 20 кВтч на борту может легко сэкономить до 500 кг и добиться значительно лучших характеристик.
Превосходная производительность
Литий-ионные батареиMastervolt имеют реалистичный срок службы более 2000 циклов при глубине разряда (DOD) 80%.Это означает в пять раз больше энергии, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, благодаря таким характеристикам, как чрезвычайно высокая эффективность, почти полное отсутствие саморазряда и минимальное накопление печально известного «эффекта памяти».
Подходит для больших аккумуляторных батарей
Серия MLI идеально подходит для электрических и гибридных приложений и может быть подключена параллельно без ограничений. Встроенная технология Common Rail обеспечивает простое последовательное соединение нескольких батарей MLI Ultra.
Простая установка
Серия MLI включает две встроенные ручки с углублением для правильной и практичной установки кабелей.Полюса аккумуляторной батареи легко доступны и полностью защищены, поэтому дополнительных изолирующих крышек не требуется.
Аккумуляторы MLS представляют собой отличную «замену» для системы со свинцово-кислотными аккумуляторами, поскольку не требуется никаких изменений системы или дополнительных компонентов.
Литий-ионные батареи — 1-е издание
1. Разработка литий-ионных батарей и последние технологические тенденции
Аннотация
1 Введение
2 Разработка практической LIB
3 Разработка катодных материалов
4 Разработка анодных материалов
5 Разработка растворов электролитов
6 Сепараторная техника
7 Заключение
Список литературы
2.Прошлое, настоящее и будущее литий-ионных батарей: могут ли новые технологии открыть новые горизонты?
Аннотация
Номенклатура
1 Введение
2 Как родился LIB?
3 Производительность, которую пользователи ожидают от LIB
4 Улучшение LIB
5 Могут ли новые аккумуляторные технологии открыть новые горизонты для LIB?
6 Заключение
Список литературы
3.Быстрая зарядка (до 6 ° C) литий-ионных элементов и модулей: электрические и тепловые характеристики, а также испытания на срок службы
Аннотация
1 Введение
2 Общие положения и требования
3 Характеристики быстрой зарядки литиевых батарей различного химического состава
4 теста быстрой зарядки ячеек и модулей LTO на 50 Ач
Список литературы
4. Наноструктурированные электродные материалы для литий-ионных аккумуляторов
Аннотация
Благодарности
1 Введение
2 Наноразмерные эффекты в электродных материалах на основе интеркаляции
3 Наноструктурированные металлические фосфаты лития для положительных электродов
4 Наноматериалы на основе титана для отрицательных электродов
5 преобразовательных электродов
6 Литиевые сплавы для отрицательных электродов
7 Углеродные наноструктуры как активные материалы в отрицательных электродах
8 Нанокомпозиты на углеродной основе
9 Заключение
Список литературы
5.Электрические и гибридные автомобили: необходимость и потенциальные функции аккумуляторов для будущих систем
Аннотация
1 Введение
2 Анализ энергетических характеристик батарей
3 Базовая конструкция транспортных средств
4 Термический анализ и проектирование
5 Создание системы аккумуляторных батарей
6 Высокая мощность литий-ионных батарей
Список литературы
6.Затраты на производство аккумуляторов для электромобилей
Аннотация
Благодарности
1 Введение
2 Модель производительности и стоимости
3 Параметры батареи, влияющие на стоимость
4 Неопределенность в оценке баллов
5 Влияние масштаба производства
6 Outlook
Список литературы
7. Литий-ионные аккумуляторные батареи для электромобилей
Аннотация
Номенклатура
1 Введение
2 Рекомендации по проектированию литий-ионных батарей
3 Перезаряжаемые системы накопления энергии
4 Тестирование и анализ
5 Применение систем аккумулирования энергии в электромобилях
6 Выводы
Список литературы
8.Система Voltec — накопитель энергии и электрическая тяга
Аннотация
Номенклатура
Благодарности
1 Введение
2 Краткая история электромобилей
3 Электромобиля с увеличенным запасом хода
4 Двигательная установка Voltec
5 Привод Voltec и режимы работы автомобиля
6 Стратегия работы от батарей
7 Процессы разработки и валидации
Опыт работы на 8 транспортных средствах
9 Сводка
Список литературы
9.Применение литий-ионных батарей в транзитных автобусах: достижения и перспективы
Аннотация
Номенклатура
1 Введение
2 Установка литий-ионных батарей в автобусы с электроприводом
3 примера транзитных автобусов HEB / EB с системами аккумулирования энергии (RESS) на основе LIB
4 извлеченных уроков, прогресс и перспективы
Список литературы
10.Электромобили и ВЭМ с литий-ионными аккумуляторами
Аннотация
1 Введение
2 HEV
3 BEV и EREV
4 электрических микрокара
5 новых концепций городского транспорта
6 Выводы
11. Проблема проектирования батарей PHEV и возможности электротермического моделирования
Аннотация
1 Введение
2 Теория
3 Описание настройки
4 Извлечение параметров модели
5 Результаты и обсуждение
6 Выводы
Приложение
Список литературы
12.Твердотельные литий-ионные аккумуляторы для электромобилей
Аннотация
Благодарности
1 Введение
2 твердотельные литий-ионные батареи
3 Выводы
Список литературы
13. Литий-ионные батареи для хранения возобновляемых источников энергии и резервного питания от электрических сетей
Аннотация
1 Введение
2 Приложения
3 Системные концепции и топологии
4 Компоненты и требования
5 Выводы
Список литературы
14.Литий-ионные аккумуляторы Satellite
Аннотация
Номенклатура
Благодарности
1 Введение
2 спутниковых миссии
3 литий-ионных аккумулятора для спутников
4 Технологии спутниковых батарей и поставщики
5 Заключение
Список литературы
15. Управление литиево-ионными батареями
Аннотация
1 Введение
2 Структура и опции управления батареями
3 Функции управления батареями
4 Контроллер состояния заряда
Список литературы
16.Электронные опции для литий-ионных батарей
Аннотация
Благодарности
1 Введение
2 Базовые функции
3 Мониторинг
4 Измерение
5 Расчет
6 Общение
7 Контроллинг
8 литий-ионных аккумуляторов серии One (номинальное напряжение 3,6 В)
9 Двухсерийные сотовые устройства (номинальное напряжение 7,2 В)
10 Сотовые устройства трех и четырех серий (10.8–14,4 В номинальное)
11 ячеек серии от пяти до десяти
12 ячеек серии от десяти до двадцати
13 систем очень больших массивов батарей
14 Выводы
Список литературы
17. Безопасность коммерческих литий-ионных элементов и батарей
Аннотация
Номенклатура
Благодарности
1 Введение
2 коммерческих литий-ионных аккумуляторных батареи для портативного оборудования
3 Ограничения коммерческих литий-ионных элементов
4 Контроль качества промышленных литий-ионных элементов
5 Процесс сертификации безопасности коммерческих литий-ионных элементов и батарей
6 Выводы
Список литературы
18.Безопасность литий-ионных батарей
Аннотация
1 Введение
2 Безопасность на уровне системы
Безопасность на уровне 3 ячеек
4 теста на толерантность к злоупотреблениям
5 Внутренний короткий и тепловой разгон
6 ячеек большого формата и безопасность
7 Осаждение лития
Список литературы
19. Компоненты литий-ионных элементов и их влияние на безопасность мощных батарей
Аннотация
1 Введение
2 электролита
3 Сепаратор
4 Термическая стабильность катода
5 Li4Ti5O12 / LiFePO4: самая безопасная и мощная пара
6 Прочие факторы, связанные с безопасностью
7 Заключительные замечания
Список литературы
20.Термическая стабильность материалов в литий-ионных элементах
Аннотация
Благодарности
1 Введение
2 Основные принципы безопасности клеток
3 Химическое восстановление электролита отрицательным электродом
4 Термическое разложение электролита
5 Окисление электролита на положительном электроде
6 Оценка безопасности с помощью тестов на злоупотребления
7 Выводы
Список литературы
21.Воздействие литий-ионной батареи на окружающую среду
Аннотация
Номенклатура
Благодарности
1 Введение
2 Преимущества утилизации литий-ионных батарей
3 Воздействие литий-ионных батарей на окружающую среду
4 Обзор и анализ технологий переработки литий-ионных батарей
5 факторов, влияющих на переработку
6 Выводы
Список литературы
22.Утилизация тяговых батарей как проблема и шанс для будущего наличия лития
Аннотация
1 Введение: критичность ресурсов
2 Географическое распределение запасов и ресурсов лития
3 Влияние будущей электрической мобильности на спрос на литий
4 Обзор используемых в настоящее время квот на переработку в различных исследованиях
5 Влияние различных квот переработки на доступность лития
6 Выводы
Список литературы
23.Производители, материалы и технологии вторичной переработки
Аннотация
1 Производители литиевых батарей
2 Материалы, используемые для производства аккумуляторов, и их стоимость
3 Переработка
Список литературы
24. Производственно-сбытовая цепочка литий-ионных батарей — состояние, тенденции и последствия
Аннотация
1 Введение
2 Рынок LIB
3 Процесс производства элементов и материалов
4 Структура цепочки создания стоимости и ожидаемые изменения
Список литературы
25.Термодинамика литий-ионных аккумуляторов
Аннотация
Номенклатура
1 Введение
2 Термодинамические измерения: методика и оборудование
3 Термодинамические данные до старения: оценка химического состава клеток
4 Термодинамика перезаряженных элементов
5 Термодинамика термически состаренных ячеек
6 Термодинамика клеток с длительным циклом
7 Эффект термодинамической памяти
8 Заключение
Ссылки
Батареи глубокого разряда — 12.Литий-ионный блок питания 8 В
LiONCore от elelctroVolt — это серия надежных литий-ионных аккумуляторов глубокого разряда, идеально подходящих для многочисленных приложений хранения энергии. LiONCore доступен в самых популярных размерах и емкостях. В аккумуляторах LiONCore используется химический состав литий-железо-фосфат (LiFePo4), и они рассчитаны на длительный срок, что делает их лучшей альтернативой традиционным аккумуляторам SLA или AGM.
При использовании в приложениях быстрой зарядки / разрядки срок службы большинства аккумуляторов SLA в среднем составляет всего 300 полных циклов * , LiFePO4 аккумуляторы могут похвастаться сроком службы более 2,500 полных циклов.Это означает, что ваша батарея LiONCore (химический состав LiFePo4 с таким же профилем цикла) имеет в 5-10 раз больший срок службы, чем типичная батарея SLA. Литий-ионный химический состав позволяет использовать более глубокие и агрессивные циклы, сохраняя при этом более постоянное напряжение и энергоемкость на протяжении всего срока службы. В результате получается аккумулятор, обеспечивающий значительно улучшенное и стабильное время безотказной работы и производительность по сравнению с традиционными технологиями SLA и AGM при каждом использовании и в течение всего жизненного цикла ** аккумулятора.
Все батареи серии LiONCore имеют номинальное напряжение 12,8 В и оснащены встроенной системой управления батареями (BMS). BMS обеспечивает безопасную работу, сохраняя при этом максимальную производительность батареи, предотвращая перезарядку, перегрев и обеспечивая балансировку ячеек, максимизируя ее производительность, безопасность и общий жизненный цикл. Кроме того, серия LiONCore стандартно поставляется с надежной 12-летней ограниченной гарантией и соответствует стандарту UN38.3 .
* Термин «Цикл жизни», использованный выше, относится к , сколько энергии может быть снято с батареи между 100% и 0% уровнем заряда (SOC).
** Термин «жизненный цикл», использованный выше, относится к , как долго батарея работает полностью (после того, как весь срок службы был использован).
Lioncore, Lion Core, lioncore, lion core, литиевая батарея 12v, батарея 12v, батарея lion core, батарея lion core 12v
Новая литий-ионная батарея, не содержащая кобальта, снижает затраты без ущерба для производительности
ОСТИН, Техас. На протяжении десятилетий исследователи искали способы удалить кобальт из высокоэнергетических батарей, питающих электронные устройства, из-за его высокой стоимости и нарушения прав человека при его добыче.Но прошлые попытки не соответствовали стандартам характеристик батарей с кобальтом.
Исследователи из инженерной школы Кокрелла Техасского университета в Остине говорят, что они взломали код безкобальтовой высокоэнергетической литий-ионной батареи, исключив кобальт и открыв дверь к сокращению затрат на производство батарей, пока повышение производительности в некотором роде. Команда сообщила о новом классе катодов — электродах в батарее, где обычно находится весь кобальт, — закрепленных за счет высокого содержания никеля.Катод в их исследовании на 89% состоит из никеля. Другие ключевые элементы составляют марганец и алюминий.
Больше никеля в батарее означает, что она может накапливать больше энергии. Эта повышенная плотность энергии может привести к увеличению срока службы батареи для телефона или увеличения дальности действия для электромобиля с каждой зарядкой.
Результаты были опубликованы в этом месяце в журнале Advanced Materials. Статья написана Арумугамом Мантирамом, профессором факультета машиностроения Уолкера и директором Техасского института материалов, доктором наук.D. студент Стивен Ли и доктор философии. выпускник Ванда Ли.
Как правило, повышенная плотность энергии приводит к компромиссам, таким как более короткий срок службы — количество раз, когда аккумулятор может быть заряжен и разряжен, прежде чем он потеряет эффективность и не сможет больше заряжаться полностью. Устранение кобальта обычно замедляет кинетический отклик батареи и приводит к снижению скорости заряда — скорости зарядки или разрядки катода. Тем не менее, исследователи заявили, что они преодолели проблемы с коротким сроком службы и низкими скоростными характеристиками, найдя оптимальную комбинацию металлов и обеспечив равномерное распределение их ионов.
В большинстве катодов для литий-ионных батарей используются комбинации ионов металлов, такие как никель-марганец-кобальт (NMC) или никель-кобальт-алюминий (NCA). Катоды могут покрывать примерно половину стоимости материалов для всей батареи, причем кобальт является самым дорогим элементом. При цене около 28 500 долларов за тонну он дороже, чем никель, марганец и алюминий вместе взятые, и составляет от 10% до 30% катодов большинства литий-ионных аккумуляторов.
«Кобальт — наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах батарей», — сказал Мантирам.«И мы полностью устраняем это».
Ключ к прорыву исследователей можно найти на атомарном уровне. Во время синтеза они могли гарантировать, что ионы различных металлов оставались равномерно распределенными по кристаллической структуре катода. Когда эти ионы скапливаются, производительность ухудшается, и эта проблема преследовала предыдущие безкобальтовые высокоэнергетические батареи, сказал Мантирам. Сохраняя равномерное распределение ионов, исследователи смогли избежать потери производительности.
«Наша цель — использовать только доступные по цене металлы для замены кобальта при сохранении производительности и безопасности, — сказал Ли, — а также использовать процессы промышленного синтеза, которые можно сразу масштабировать».
Мантирам, Ли и бывший постдокторант Эван Эриксон вместе с Офисом коммерциализации технологий UT создали стартап под названием TexPower для вывода технологии на рынок. Исследователи получили гранты от Министерства энергетики США, которое стремилось снизить зависимость от импорта основных материалов для аккумуляторов.
Промышленность решительно пошла на отказ от использования кобальта — в первую очередь усилия Tesla по устранению материала из батарей, которые питают ее электромобили. Поскольку крупные государственные организации и частные компании сосредоточены на снижении зависимости от кобальта, неудивительно, что это стремление стало конкурентоспособным. Исследователи заявили, что они избежали проблем, которые препятствовали другим попыткам создания безкобальтовых высокоэнергетических батарей, благодаря инновациям, касающимся правильного сочетания материалов и точного контроля их распределения.
«Мы увеличиваем плотность энергии и снижаем стоимость без ущерба для срока службы», — сказал Мантирам. «Это означает большее расстояние для электромобилей и лучшее время автономной работы ноутбуков и мобильных телефонов».
Отчет о пожаре за апрель 2020 года: как и почему выходят из строя литий-ионные батареи
Апрель 2020 года станет одним из самых продолжительных месяцев в истории наблюдений. Думаю, все согласны с тем, что апрель затянулся по понятным причинам.
В течение месяца мы зарегистрировали 25 случаев возгорания на предприятиях по переработке и переработке отходов. Мы столкнулись с необычным явлением, которого не видели раньше, а именно: в первую неделю апреля было зарегистрировано только одно происшествие с пожаром. Последние оставшиеся 24 инцидента произошли в последний 21 день месяца. Это было более одного зарегистрированного пожара в день.
Основная причина этих пожаров — литий-ионные батареи, в которые мы углубились вместе с моим специальным гостем в этом месяце, Рональдом Батлером.
За последние двенадцать 12 месяцев отрасль по переработке и переработке отходов пережила 333 зарегистрированных пожара в США и Канаде. Кроме того, мы понесли 48 зарегистрированных травм и пять смертей, которые могут быть прямо или косвенно связаны с этими инцидентами с пожарами . Основываясь на разумных предположениях, мы можем экстраполировать, что за это время произошло 1800 или более пожаров на объектах, что, исходя из количества объектов, по данным Фонда экологических исследований и образования (EREF), составляет более 40 процентов от всей отрасли.Я определяю «зарегистрированные пожары на объекте» как любой пожар, о котором сообщают средства массовой информации, который происходит на предприятии по переработке или переработке отходов в США или Канаде. Как правило, пожары, о которых сообщают СМИ, представляют собой более крупные пожары, требующие прибытия специалистов по пожарной безопасности на место происшествия, и где есть последствия, свидетелями которых может стать публика.
Как COVID-19 влияет на наши текущие потоки отходов и переработки
В марте мы наблюдали рост пожаров мусора, бумаги и пластика по сравнению с тенденцией.Пожары, связанные с отходами, бумагой и пластиком, составили 56 процентов пожаров в 2020 году по сравнению с 45 процентами пожаров в 2016, 2017, 2018 и 2019 годах.
Как вы понимаете, обычно нет смысла разбивать данные за определенный месяц, но происходят некоторые странные вещи. Как упоминалось выше, я видел только один пожар за первые девять дней месяца. Это первый раз за четыре года, когда мы пережили девять дней только с одним инцидентом.Я считаю, что это связано с огромными изменениями, которые мы испытали за последние 60 дней из-за «карантинного эффекта», вызвавшего переход от коммерческих к ограниченным объемам отходов, огромной уборки домов и предприятий, с которой мы сталкиваемся (см. Здесь) уменьшение доступности пунктов приема вторсырья, закрытие школ и многое другое.
Кроме того, мы сохранили ту же тенденцию увеличения количества пожаров, связанных с отходами, бумагой и пластиком, на 52 процента по сравнению с 44 процентами данных за 2016–2019 годы.
Как и почему выходят из строя литий-ионные батареи… и что мы можем с этим сделать?
Взгляд Рональда Батлера, мастера-джедая литий-ионных батарей!
Во время выполнения заказов на дом, я проводил еженедельные вебинары по четвергам в полдень по восточноевропейскому времени, чтобы обсудить огромные изменения, происходящие в нашей цепочке поставок, а также с некоторыми специальными гостями, чтобы дать представление о продуктах пожарной безопасности. Рональд Батлер, генеральный директор E-cell Secure, смог присоединиться к нам в эпизоде №3, чтобы обсудить основы литиевой энергии, цепочку поставок и будущие последствия нашей глобальной зависимости от этой среды.Полный веб-семинар доступен на нашей странице Fire Rover на YouTube, но вот несколько основных моментов. (См. Здесь) Рональд присоединится ко мне в четверг, 14 мая, -е, , в полдень по восточному стандартному времени, чтобы обсудить «Как правильно защитить ваши операции от возгорания литий-ионных аккумуляторов», вкус которого будет освещен в ходе нашего обсуждения ниже.
Райан Фогельман: Расскажите нам немного о своем прошлом и почему вас называют мастером-джедаем силы лития.
Рональд Батлер: Я 25 лет проработал 25 лет в качестве специалиста по пожарной безопасности в городском управлении пожарной охраны Детройта.Последние восемь лет я проработал в качестве генерального директора ESSPI, теперь E-cell Secure, консультационной компании, специализирующейся на всем рынке литий-ионной энергии и рисках возникновения пожаров на протяжении всего жизненного цикла. Моя фирма работает с компаниями из списка Fortune 500, образовательными организациями, государственными организациями, а также организациями по безопасности, которые занимаются разработкой инновационных решений в области безопасности и учебных модулей. Мы также занимаемся планированием стихийных бедствий, основанным на литиевых технологиях. Что касается того, почему они называют меня мастером-джедаем силы лития, «скажу вам… я не должен!»
Фогельман: В чем разница между литиевыми батареями и литий-ионными батареями?
Батлер: Литиевые и литий-ионные батареи разные.Литиевые батареи или первичные батареи предназначены для одноразового использования и не подлежат перезарядке. Они содержат металлический литий, который легко воспламеняется. Реальная ценность лития заключается в том, что они обеспечивают чрезвычайно высокую плотность энергии в небольших конфигурациях. Они используются там, где перезарядка не требуется или нецелесообразна. Общие приложения включают военное использование (приложения для истребителей), медицинские приложения и определенную бытовую электронику, и это лишь некоторые из них.
Литий-ионные батареи или вторичные батареи являются перезаряжаемыми и используются во всем мире.Литий-ионный аккумулятор находит применения, требующие возможности подзарядки. Литий-ионные батареи обеспечивают высокую плотность энергии, хотя и ниже, чем у литиевых первичных батарей, и их можно перезаряжать время от времени. Эти батареи не содержат свободного металлического лития, но содержат ионы лития и легковоспламеняющиеся электролиты. Общие приложения, которые включают литий-ионную технологию, включают ноутбуки, сотовые телефоны, электромобили, больничное оборудование и системы хранения энергии, и это лишь некоторые из них.
Фогельман: Мы постоянно слышим термин «тепловой разгон».«Что это такое и каковы причины?
Butler: Литиевые батареи способны к самовозгоранию и последующему взрыву от перегрева. Это может быть вызвано коротким замыканием, быстрой разрядкой, перезарядкой, дефектом производителя, плохой конструкцией или механическим повреждением, а также многими другими причинами. Перегрев приводит к процессу, называемому тепловым разгоном, который представляет собой реакцию внутри батареи, в результате которой внутренняя температура и давление повышаются с большей скоростью, а затем могут рассеиваться.
Когда одна ячейка батареи переходит в режим теплового разгона, она производит достаточно тепла, чтобы соседние элементы батареи также переходили в режим теплового разгона. Это вызывает пожар, который многократно вспыхивает, когда каждый элемент батареи по очереди разрывается и высвобождает свое содержимое. Результатом является выделение горючего электролита из батареи и, в случае одноразовых литиевых батарей, выделение расплавленного горящего лития. Огромная проблема заключается в том, что эти пожары нельзя рассматривать как «обычные» и требуют специальной подготовки, планирования, хранения и тушения.
Fogelman: В сфере переработки и переработки отходов мы обычно последними в цепочке поставок сталкиваемся с этими батареями. Можете ли вы дать нам представление об истинных масштабах источника питания?
Butler: Литий-ионные аккумуляторы можно найти практически во всех приложениях, требующих питания. Ежедневно через ворота аэропортов проходят тысячи батарей. Больницы используют энергию батарей во все большем количестве систем — от аккумуляторных каталок до критически важных систем мониторинга.Колледжи и университеты имеют их в кампусах в огромных количествах (например, ноутбуки и интеллектуальные устройства). Литиевые батареи сейчас являются неотъемлемой частью повседневной жизни, и ожидается, что их использование будет расширяться по мере роста спроса и падения производственных затрат. Их влияние сейчас огромно, но каким будет их влияние через несколько лет?
Fogelman: Можете ли вы конкретно устранить пожарную опасность этих батарей?
Butler: По мере роста использования литиевых батарей возрастет и угроза возгорания на протяжении всего жизненного цикла батарей.Производители, поставщики, складские помещения, дистрибьюторы, розничные торговцы и некоторые конечные пользователи должны будут больше знать о возгорании и угрозах безопасности, связанных с этими мощными инструментами. Каждая остановка цепи поставки аккумуляторов отвечает за безопасное хранение аккумуляторов и обращение с ними.
Организации, которые производят, отгружают и хранят литий-ионные аккумуляторы, не застрахованы от пожара. События теплового разгона привели к ряду крупномасштабных пожаров на объектах, в которых хранились литиевые батареи.Эти пожары особенно сильны, поскольку они связаны с большими объемами аккумуляторов, хранящихся в конфигурациях, способствующих распространению огня.
Fogelman: Хорошо, мы понимаем, что литиевые батареи являются проблемой. Что вы посоветуете для решения этой проблемы?
Butler: С риском возгорания литиевой батареи можно эффективно управлять. Правильное планирование, оценка рисков, методы хранения и протоколы реагирования могут иметь большое значение в управлении рисками возгорания литиевых батарей.При разработке стратегии управления рисками возгорания аккумуляторной батареи следует учитывать следующие аспекты.
Безопасность при хранении / транспортировке: Обращение с аккумуляторными батареями представляет собой неотъемлемую опасность. В большинстве случаев механическое повреждение, вероятно, будет считаться самым высоким фактором риска возникновения теплового разгона (пожара / взрыва). Неправильное обращение может привести к раздавливанию или проколу, что может привести к выделению электролита или короткому замыканию. Эти действия могут привести к тепловому неуправлению и, как следствие, возгоранию и / или взрыву.
Как минимум, эффективная стратегия хранения литиевых батарей состоит в том, чтобы стимулировать подавление посредством охлаждения, изоляции и локализации (SCIC). Основное соображение в этом подходе заключается в том, что батареи размещаются в средах с системами пожаротушения, которые тушат путем охлаждения. Подавление литий-ионной (вторичной) батареи лучше всего достигается путем охлаждения горящего материала; литиевые первичные фильтры требуют отдельных и уникальных методик подавления.
Еще одно соображение заключается в том, что литиевые батареи должны быть изолированы от батарей другого химического состава и товаров (хранение, транспортировка и т. Д.).). Они должны храниться (транспортироваться) в среде, которая эффективно сдерживает возгорание и токсичные побочные продукты. Это важно для здоровья, безопасности и сохранности имущества. Пристальное внимание следует уделять изоляции батарей от общих помещений путем разработки внешнего хранилища или «спутникового» хранилища. Хранилища аккумуляторов могут обеспечить хранение на виду с своевременной отправкой аккумуляторов организации, когда это необходимо.
Обучение: Компаниям, у которых есть литиевые батареи в больших объемах, следует работать с экспертами для разработки обучения, направленного на смягчение последствий пожара и обеспечение дополнительных уровней безопасности.Обучение может касаться таких вопросов, как осведомленность о батареях, или включать более подробное ситуационное обучение, такое как поведение батареи при пожаре, процедуры аварийного реагирования и использование пожаротушения (акцент на литиевые батареи). Этот вид обучения хорошо подходит для сохранения жизни и имущества.
Стандартные рабочие процедуры: Эффективные стандартные рабочие процедуры (СОП) для аккумуляторов будут включать процессы, которые определяют отгрузку и получение, обработку, ежедневное использование, хранение и другие функции, связанные с аккумуляторами.Правильные СОП будут касаться всех аспектов жизненного цикла батареи. Эти процедуры обеспечивают основу для безопасного использования и манипуляции, а также отправную точку для разработки эффективных процессов управления рисками.
Порядок действий в чрезвычайных ситуациях: В большинстве случаев с возгоранием литиевых батарей не обязательно относиться как к обычным пожарам. Характеристики горения и компоненты выделения токсичных побочных продуктов просто разные. Организация может определить свой уровень риска посредством надлежащей оценки и разработать процедуры аварийного реагирования на основе данных о звуковом реагировании и обращении с батареями.
Fogelman: Надолго ли останется литий, и что, по вашему мнению, нам нужно делать для обеспечения безопасности нашего бизнеса?
Батлер: Я и всегда буду ярым сторонником литиевых и литий-ионных батарей. Они удовлетворяют огромные потребности общества. Это будет расти в будущем. Однако я осознаю важность снижения риска, связанного с этой технологией. Если отрасль начнет сотрудничать с пожарной службой, страховой отраслью, поставщиками услуг и защитой интересов отрасли, чтобы ограничить риск на начальном этапе, мы создадим мощную когорту безопасности; тот, который может обеспечить дальнейший безопасный рост.
Я упомянул в одной из ваших презентаций некоторых из этих партнеров, которые, как мне кажется, помогают поддерживать эту миссию. Такие организации, как Ассоциация аккумуляторных батарей (PRBA) и Коалиция ответственных аккумуляторов со стороны защиты интересов отрасли, Техасский университет (Остин) и Мичиганский технологический университет со стороны исследования безопасности аккумуляторов, а также Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA) и Общество Автомобильные инженеры (SAE) из пожарной службы / промышленной безопасности и защиты — несколько примеров.
Еще одна область, требующая улучшений, особенно в том, что касается перерабатывающей промышленности, — это политическая защита. В этой области сенаторы Ангус Кинг (Мэн) и Дебби Стабеноу (Мичиган) продемонстрировали выдающееся лидерство в разработке разумных законов, определяющих безопасность при переработке батарей. Важно, чтобы мы начали развивать эту среду сотрудничества, стремясь быть активными и предупреждать текущие и будущие проблемы, а не реагировать на них.
Присоединяйтесь к нам с Рональдом, четверг, 14 мая, , , полдень по восточному стандартному времени.В продолжение первого вебинара по основам работы с литиево-ионными аккумуляторами под названием « Как правильно защитить ваши операции от возгорания литий-ионных аккумуляторов!» , в котором Рональд глубоко погрузится в целенаправленное обучение сотрудников, СОП и процедуры реагирования на чрезвычайные ситуации для вашей организации.
Кроме того, во время вебинара я поделюсь актуальными результатами зарегистрированных пожаров на предприятиях по переработке и переработке отходов. Вы можете зарегистрироваться здесь.
Райан Фогельман, JD / MBA, является вице-президентом по стратегическому партнерству Fire Rover.Фогельман фокусируется на выводе на рынок инновационных решений в области безопасности. Два его решения были удостоены престижной награды Эдисона за инновации в области промышленной безопасности и потребительских товаров. С февраля 2016 года он составляет и публикует «Отчет о пожаре на предприятии по переработке и переработке отходов в США / Канаде», «Годовой отчет о пожаре на предприятии по переработке отходов и переработке» и регулярно выступает на тему масштабов пожаров, с которыми сталкиваются отходы. промышленность по переработке отходов, решения для обнаружения, надлежащее планирование пожаров и снижение риска пожаров на ранней стадии .
Кроме того, Фогельман входит в Технический комитет NFPA по вопросам Опасных материалов. (См. Здесь )
Новая конструкция литиевой батареи исключает использование дорогостоящего кобальта и никеля
Исследователи из Массачусетского технологического института разработали настраиваемую «линзу», которая может регулировать фокусное расстояние, не меняя ее положения или формы, а также не перемещая какие-либо компоненты.Линза (называемая металинзой) сделана не из стекла, как большая часть оптики, а из прозрачного материала, «меняющего фазу». При нагревании он перестраивает свою атомную структуру, чтобы изменить способ взаимодействия со светом.
Исследователи протравили поверхность материала структурой с точным рисунком, которая действует как «метаповерхность», преломляя или отражая свет. При изменении свойств материала соответственно меняются и оптические характеристики его поверхности. С помощью «металинии» MIT метаповерхность фокусирует свет для создания четких изображений объектов на определенном расстоянии при комнатной температуре.Но при нагревании его атомная структура изменяется, и метаповерхность перенаправляет свет, чтобы сосредоточиться на более удаленных объектах.
Конструкция, которая в настоящее время позволяет получать изображения в инфракрасном диапазоне, может привести к созданию более компактных и менее сложных оптических устройств, таких как миниатюрные тепловизоры для дронов, сверхкомпактные тепловизионные камеры для мобильных телефонов и низкопрофильные очки ночного видения.
Металлическая линза (металинза) может смещать фокус без каких-либо движущихся частей, включая оптику, так как тепло заставляет ее переходить из аморфного (A) в кристаллический (C).
Новая линза изготовлена из материала с изменяющейся фазой, который команда изготовила путем настройки материала, обычно используемого в перезаписываемых компакт-дисках и DVD-дисках. Названный GST, он состоит из германия, сурьмы и теллура, и его внутренняя структура изменяется при нагревании с помощью лазерных импульсов. Это позволяет материалу переключаться между прозрачным и непрозрачным состояниями — тот же механизм, который позволяет записывать, стирать и перезаписывать данные, хранящиеся на компакт-дисках.
Ранее в этом году команда добавила в GST еще один элемент, селен, чтобы создать новый материал, изменяющий фазу: GSST.Когда исследователи нагрели новый материал, его атомная структура изменилась с аморфного, беспорядочного клубка атомов на более упорядоченную кристаллическую структуру. Этот фазовый сдвиг также изменил способ прохождения инфракрасного света через материал, влияя на преломляющую способность материала, но с небольшим изменением его прозрачности.
Команда поинтересовалась, можно ли настроить коммутационную способность GSST для направления и фокусировки света в определенных точках в зависимости от его фазы. В этом случае материал может служить активной линзой без необходимости в механических деталях для смещения фокуса.
«Обычно при создании оптического устройства сложно настроить его характеристики после того, как оно будет построено», — говорит Михаил Шалагинов, профессор Массачусетского технологического института. «Иметь такую металинзу — это как святой Грааль для инженеров-оптиков. Он может менять фокусировку эффективно и в большом диапазоне без движущихся частей ».
На этом увеличенном изображении металины показаны ее микроскопические особенности.
В своем новом исследовании команда MIT создала слой GSST толщиной 1 микрон и превратила его в «метаповерхность» путем травления микроскопических структур различной формы, которые по-разному преломляют свет, в слой GSST.Модель основана на том, что исследователи знают о поведении материалов; он позволяет поверхности фокусировать свет одним способом в ее аморфном состоянии и другим способом в кристаллическом.
Исследователи протестировали новую металинзу, поместив ее на сцену и осветив лазерным лучом, настроенным на инфракрасный диапазон света. На определенных расстояниях перед линзой они размещали прозрачные объекты, состоящие из двусторонних узоров из горизонтальных и вертикальных полос, известных как диаграммы разрешения, которые обычно используются для тестирования оптических устройств.
Линза в исходном аморфном состоянии давала резкое изображение первого рисунка. Команда нагревает линзу, чтобы преобразовать материал в кристаллическую фазу. После перехода и с удаленным источником нагрева линза давала столь же резкое изображение — на этот раз в секунду, более дальний набор полос. Это доказало, что он может получать изображения на двух разных глубинах без перемещения каких-либо частей.
Исследователи предсказывают, что металинза со встроенными микронагревателями, которые быстро нагревают материал миллисекундными импульсами, может привести к непрерывной настройке фокуса.