Первая в мире подводная лодка на литий-ионных батареях введена в строй

Интересно, а у нас подумывают о литий-ионных аккумуляторах?

Интересно, а у нас подумывают о литий-ионных аккумуляторах?

"Лошарик". Не?

Интересно, а у нас подумывают о литий-ионных аккумуляторах?

Почему обязательно именно литий-ионных? У них полно минусов, они самовозгораться могут, к примеру.

Группа химиков из МГУ под руководством Евгения Антипова взяла за основу известный катодный материал литий железофосфат (LiFePO4). Основные минусы данного материала — относительно низкая энергоёмкость, низкая электронная и ионная проводимость. Но есть и плюсы: очень высокая стабильность в работе, безопасность и долговечность. Для решения указанных проблем был разработан инновационный синтез, представляющий собой выращивание маленьких кристаллов заданной ориентации из раствора с органическим растворителем.


"Сольвотермальный синтез — это очень гибкий инструмент для синтеза неорганических материалов. Основным преимуществом это метода является возможность влиять на фазовый состав, размер частиц, морфологию и другие характеристики с помощью различных параметров — температуры, давления, концентрации", — рассказывает один из авторов проекта Василий Суманов.


Полученный на выходе материал может быть заряжен за 30-60 секунд на 75-80% без рисков для безопасности, что открывает новые возможности для автономных устройств, ведь именно длительное время заряда зачастую вызывает основные неудобства при использовании устройств с аккумуляторами. Кроме того, материал хорошо работает в высокомощном режиме, что позволяет применять его в различных отраслях автомобилестроения, БПЛА и робототехники.


Кстати, продукцией на основе данной разработки уже заинтересовался целый ряд крупных компаний из "гражданских" отраслей, а также организации, входящие в ВПК РФ.

https://vpk.name/news/194238_na_zaryadku_stanovis_rossiiskie_uchnyie_obespechat_rabotu_letayushih_avto.html

В МГУ создан новый материал для натрий-ионных аккумуляторов
По энергетическим характеристикам натрий-ионный аккумулятор близок к литий-ионному, но его основной рабочий катион примерно в сто раз дешевле
Сотрудникам химического факультета МГУ удалось синтезировать перспективный материал для натрий-ионных аккумуляторов. Эти аккумуляторы считаются более дешевой альтернативой широко используемым сейчас литий-ионным аккумуляторам.

Быстрое развитие технологии литий-ионных аккумуляторов всего за несколько десятилетий привело к массовому распространению компактных и емких источников питания для многочисленных мобильных устройств, хранилищ электроэнергии и даже транспортных средств. Однако возникла принципиальная проблема — при нынешнем росте потребления и уровне технологий добычи лития его ресурсы могут быть исчерпаны, к тому же это не самое дешевое сырье. Помочь решению проблемы может частичный переход на альтернативный носитель заряда в аккумуляторах — натрий.

По энергетическим характеристикам натрий-ионный аккумулятор близок к литий-ионному, но его основной рабочий катион примерно в сто раз дешевле лития (одна тонна карбоната натрия стоит 200 долларов, тогда как лития — 20 000). К тому же химические свойства натрия позволяют использовать в аноде легкий и дешевый алюминий вместо тяжелой и дорогой меди.

К сожалению, больший радиус иона натрия по сравнению с ионом лития приводит к уменьшению плотности хранения энергии в электроде. При той же энергоемкости аккумулятор получается на 30-50% больше. Это делает натрий-ионные аккумуляторы менее привлекательными для мобильных устройств, но для крупногабаритных батарей — скажем, в электромобиле или стационарном хранилище электроэнергии — они вполне подходят.

Специалисты кафедры электрохимии МГУ, возглавляемые старшим научным сотрудником, к.х.н. Олегом Дрожжиным, впервые синтезировали новый материал для натрий-ионных аккумуляторов — натрий-ванадиевый пирофосфат — и охарактеризовали его электрохимические свойства.

Энергоемкость материала достигает 420 Вт·ч/кг. Это всего на 20% меньше 530 Вт·ч/кг — показателя катодного материала LiCoO2 на основе лития, и значительно выше энергоемкости многих ранее изученных потенциальных натриевых катодных материалов. Не менее важным достоинством нового материала является крайне малое изменение объема при заряде-разряде. По этому показателю, равному 0,5%, он близок к литий-титановой шпинели, которая используется в аккумуляторах электромобилей, поскольку считается самым стабильным, мощным и безопасным анодным материалом.

Каркас натрий-ванадиевого пирофосфата может обратимо отдавать и внедрять до двух катионов натрия на одну элементарную ячейку. По суммарной емкости такого циклирования, примерно равной 220 мА·ч/г, пирофосфат является рекордсменом среди подобных материалов. Кроме того, это означает, что он потенциально может стать и анодным материалом натрий-ионных аккумуляторов. Химики МГУ планируют дополнительно улучшить электрохимические свойства соединения, изменив начальную степень окисления ванадия и частичного заместив его другими катионами.

Ученые МГУ смогли понять, почему разрушаются аккумуляторы, вырабатывающие электроэнергию из воздуха
Ключевым аналитическим методом, прояснившим причину деградации электрода, стала рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
Специалистами химического факультета и факультета наук о материалах МГУ имени М. В. Ломоносова создана и запатентована электрохимическая ячейка, которая дает возможность изучать химические процессы в материалах аккумуляторов с помощью высокочувствительных методов анализа поверхности. Эта разработка уже пролила свет на процессы, протекающие в литий-воздушных аккумуляторах.

Литий-воздушные аккумуляторы вырабатывают электричество буквально из воздуха: принцип их работы построен на окислении лития кислородом воздуха до пероксида лития Li2O2. По энергетической плотности такие аккумуляторы примерно в пять раз превосходят современные литий-ионные аккумуляторы.

Однако в промышленное производство литий-воздушных аккумуляторы пока не пошли из-за фундаментальных и технологических сложностей. Одна из них — быстрая деградация положительного электрода, как правило, изготавливаемого из углерода. В результате аккумулятор теряет работоспособность буквально после десятка циклов зарядки-разрядки.

Наблюдать за процессами, протекающими в электролите и электродах, непосредственно во время работы позволяют специальные модельные электрохимические ячейки. В ячейке, созданной группой химиков из МГУ под руководством доктора химических наук, профессора Лады Яшиной, на твердый электролит нанесен слой графена. В отличие от обычных электродов, используемых в электрохимических ячейках, этот слой прозрачен для фотоэлектронов, делая возможным применение рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии — ключевого аналитического метода, прояснившего причину деградации электрода.

Изучая работу аккумулятора, ученые выяснили, что к разрушению положительного электрода приводит реакция углерода с очень активным и при этом короткоживущим супероксидом лития LiO2, а не пероксидом Li2O2, как считалось ранее. Существуя всего несколько секунд, супероксид успевает окислить поверхность углеродного электрода.

Новая ячейка позволяет изучать процессы не только в литий-воздушных аккумуляторах, но и в источниках тока с другими носителями заряда.

В России впервые создан прототип проточного окислительно-восстановительного аккумулятора
Считается, что такие аккумуляторы позволят решить проблему накопления большого количества электроэнергии
Пресс-служба МГУ имени М.В. Ломоносова распространила сообщение о том, что сотрудникам химического факультета университета в сотрудничестве со специалистами из Сколтеха удалось создать первый в России прототип проточного окислительно-восстановительного аккумулятора.

Считается, что такие аккумуляторы позволят решить проблему накопления большого количества электроэнергии. Потребность в этом вызвана ростом выработки электроэнергии из возобновляемых источников, поскольку для «зеленой» энергетики характерна неравномерность выработки, не совпадающая с неравномерностью потребления.

Привычные свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы малопригодны для решения этой задачи из-за присущих им недостатков: в первом случае — ограниченной емкости и большого объема, а во втором — высокой стоимости и склонности к перегреву.

Перспективным вариантом считаются проточные окислительно-восстановительные батареи, в которых  для хранения электроэнергии используют емкости с жидким электролитом. Жидкий электролит прокачивается через ядро из положительной и отрицательной полуячеек, разделенных мембраной. Для заряда насосы прокачивают электролит через ячейки, где он заряжается в результате электрохимической реакции и возвращается обратно в емкость для хранения. При возникновении потребности в электроэнергии заряженный электролит снова прокачивается через ячейку и в ходе обратной реакции возвращает накопленную электроэнергию. Важное преимущество проточного аккумулятора заключается в том, что его емкость определяется исключительно объемом резервуаров, а выходная мощность — площадью мембраны и количеством ячеек в стеке. В результате проточные батареи хорошо масштабируются и могут отдавать энергию с исключительно высокой скоростью.

В прототипе, созданном в МГУ, в качестве электролита используется раствор солей ванадия. Главное преимущество ванадиевого проточного аккумулятора – в обеих частях аккумулятора находятся растворы солей одного металла. Ионы ванадия стабильны и могут долго циркулировать через ячейку без нежелательных побочных явлений. Недостатком является только относительно высокая стоимость ванадия. Сейчас исследователи заняты поиском оптимального материала мембран, который пропускал бы только определенные ионы, будучи исключительно химически стойким, поскольку мембрана разделяет две очень разные по химическим свойствам системы — окислительную и восстановительную.

В МГУ создан материал, который позволит резко увеличить скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов
Разработка может способствовать созданию аккумуляторов, в которых вместо дорогостоящего лития используется более доступный калий
Международной группой ученых, в которую входят химики из МГУ имени М.В. Ломоносова, создан новый материал для катодов литий-ионных аккумуляторов. Как утверждается, он обеспечивает высокую скорость заряда и сохранение первоначальной емкости аккумулятора в процессе эксплуатации.

Широко используемые сейчас литий-ионные аккумуляторы имеют несколько слабых мест, включая высокую цену и уменьшение емкости при охлаждении. Кроме того, для большинства катодных материалов потенциал энергоемкости уже исчерпан, в результате чего увеличивать емкость можно только за счет увеличения размеров аккумулятора.

Одним из наиболее перспективных классов катодных материалов для нового поколения литий-ионных аккумуляторов исследователи считают фторидофосфаты переходных металлов, которые позволят работать при больших плотностях тока и запасать больше энергии. Именно созданию нового высокомощного катодного материала на основе фторидофосфата ванадия и калия для литий-ионных аккумуляторов посвящена работа, выполненная коллективом научных сотрудников химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с российскими и бельгийскими коллегами.

Участники проекта смогли стабилизировать уникальный кристаллический каркас, обеспечивающий быстрый транспорт ионов лития за счет обширных протяженных полостей и каналов. Уже сейчас новый материал демонстрирует высокую скорость заряда и разряда (вплоть до 90 секунд) с сохранением более 75% первоначальной удельной емкости. Ученые уверены, что после оптимизации морфологии и состава он сможет соперничать с лучшими катодными материалами, используемыми в серийных аккумуляторах, включая NaSICON.

Более того, по словам ученых, их разработка может способствовать созданию аккумуляторов, в которых вместо дорогостоящего лития используется более доступный калий.

они самовозгораться могут

Согласен, возгараются от перезаряда, от короткого замыкания, от механического повреждения. Интересно, как организована защита батарей на данной субмарине... Возможно небольшие блоки батарей расположены по всей лодке в отдельных отсеках, чтобы воспламенение одного сегмента не потянуло за собой остальные.

Не совсем взрываются, но горят очень быстро. Зависит от того, в какой форме литий. Жидкий электролит при перегреве или внутреннем КЗ окисляется быстрее всего, но и ёмкость на нём самая большая. Натрий не панацея. LiFePO4 вполовину скромнее по удельной ёмкости. Есть еще красивая теория про кремниевый анод, реально работающего изделия, однако, нет.

Отравления литием  (ну, ежли не летально) проходят относительно быстро (полувыведение порядка недели), но протекают крайне тяжело, волокут за собой воспалительные процессы и прочие радости.