• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11 марта
Игорь Байдов
23 830

Химическая инъекция вернула к жизни отработанные литийионные аккумуляторы

4.8

Японские исследователи практически полностью восстановили емкость литийионных аккумуляторов с помощью вещества, которое восстанавливает деградировавшие электроды. Открытие ученых продлит срок службы таких батарей и, следовательно, сократит количество опасных отходов.

Литийионные батареи
С помощью специального реагента исследователи восстановили работу литийионных аккумуляторов / © Getty Images

В современном мире литийионные аккумуляторы применяются повсеместно: от бытовой электроники до электромобилей. У таких батарей много плюсов: они быстро заряжаются, имеют низкий саморазряд и не требуют обслуживания. Но есть и минусы. Главные — ограниченный срок службы, обычно от 500 до 2000 циклов заряда — разряда, и опасность, которую они представляют для людей и окружающей среды.

По мере старения литийионные батареи «теряют» часть материала электродов, которые позволяют им накапливать энергию, что снижает энергоемкость. В результате аккумуляторы оказываются либо на свалке (в процессе разложения они выделяют вредные вещества, а иногда могут загореться или вообще взорваться) либо попадают к компаниям, занимающимся их утилизацией. Специалисты разбирают батареи на составные части, извлекают материалы, а после подвергают извлеченное сырье вторичной переработке. 

Однако утилизация литийионных аккумуляторов занимает много времени, она дорогостоящая и энергоемкая. Поэтому ученые давно ищут способы, позволяющие сократить количество этапов переработки. Одно из решений предложили японские инженеры из научно-исследовательского института Toyota Central R&D Labs., Inc. — технологию восстановления емкости аккумулятора, не требующую его демонтажа.

Эта технология основана на впрыскивании в отработанный элемент определенных реагентов, которые обращают вспять химическое старение батареи за счет «обновления» электрохимически активного материала, хотя и не исправляют накопленные в аккумуляторе структурные повреждения. Результаты работы опубликованы в журнале Joule.

Коммерческие литийионные аккумуляторы состоят из нескольких основных компонентов. Во-первых, это два электрода с противоположными знаками: анод, который сделан из графита, и катод, сделанный из оксидов лития. Между анодом и катодом находится тонкий пористый сепаратор, он удерживает два электрода от короткого замыкания. Еще в аккумуляторе есть электролит, изготовленный из органических растворителей и на основе солей лития, который позволяет ионам лития перемещаться внутри ячейки.

Во время зарядки электрический ток перемещает ионы лития от катода к аноду. При использовании аккумулятора (во время разрядки) ионы движутся обратно к катоду. С течением времени весь этот процесс приводит к износу катода (его материал растрескивается и уже не может удерживать исходное количество атомов лития), в результате емкость аккумулятора начинает снижаться, то есть энергия так хорошо уже не накапливается в нем. Иными словами, каждый раз, когда происходит зарядка батареи, на несколько секунд сокращается ее максимальный срок службы. 

Литийионные батареи
Схема восстановления емкости литийионных батарей / © Toyota Central R&D Labs., Inc

Японские ученые попытались «обновить» в отработанной батарее этот электрохимически активный материал. Для этого исследователи протестировали несколько возможных восстановительных реагентов — веществ, которые производят электроды во время химических реакций. Эксперименты показали, что реагент на основе нафталинида лития может увеличить количество работоспособного анодного и катодного материала в батарее и восстановить его до 80 процентов от первоначальной емкости. Такая емкость сохранялась на протяжении 100 циклов заряда — разряда.

По словам авторов работы, новый способ позволит в разы продлить срок службы литийионных батарей. Отработанные аккумуляторы можно будет вновь вернуть к жизни и использовать в тех же электромобилях или других устройствах, а не выбрасывать на свалку или подвергать сложной и дорогостоящей утилизации.

Ученые испытали новую технологию восстановления не только на малогабаритных батареях, но и на больших автомобильных аккумуляторах. В обоих случаях она хорошо себя зарекомендовала.

Однако некоторые специалисты скептически смотрят на открытия коллег. По словам инженера Жаклин Эдж (Jacqueline Edge) из Имперского колледжа Лондона, прежде чем заявлять об успехе, необходимо провести ряд долгосрочных исследований, чтобы понять возможные побочные эффекты от введения химических веществ. 

«Способ, предложенный японскими инженерами, подходит только для аккумуляторов, которые подверглись очень специфической форме деградации. Этот способ будет полезен лишь в том случае, если вы знаете историю батареи или можете диагностировать, в каком состоянии она находится, с помощью простых методов, не оказывающих разрушительного воздействия на нее», — объяснила Эдж.

Исследовательская группа Toyota подала заявку на патент. Технологией японских инженеров уже заинтересовались ряд компаний, а также правительственных организаций. Среди последних — американское Агентство передовых исследований в области энергетики.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 18:52
Мария Азарова

Два фешен-гиганта, одни из самых известных в мире массмаркета, — шведская компания H&M и испанская Zara — оказались косвенно причастны к разрушению окружающей среды Бразилии. К такому выводу пришли авторы крупного расследования, изучившие различные данные, в том числе полученные под прикрытием.

Позавчера, 12:00
Юлия Трепалина

Если температура воды в океанах продолжит расти согласно прогнозам, это поставит под угрозу выживание осьминогов. Тепловой стресс способен вызвать у них ухудшение или потерю зрения, а также привести к повышенной смертности самок и эмбрионов, предупредили австралийские биологи.

Позавчера, 18:37
Андрей

Французские и американские зоологи проанализировали тысячи часов наблюдений за агрессивным поведением взрослых самцов шимпанзе и бонобо в дикой природе. Результаты количественного сравнения, как отмечают авторы, их удивили.

12 апреля
Полина Меньшова

Особенности личности — в частности, степень экстравертности — влияют на то, кто с большей вероятностью будет одиноким, а кто вступит в отношения. Типы личности также связаны с уровнем общей удовлетворенности жизнью. К таким выводам пришли ученые из Канады.

Вчера, 18:52
Мария Азарова

Два фешен-гиганта, одни из самых известных в мире массмаркета, — шведская компания H&M и испанская Zara — оказались косвенно причастны к разрушению окружающей среды Бразилии. К такому выводу пришли авторы крупного расследования, изучившие различные данные, в том числе полученные под прикрытием.

12 апреля
Игорь Байдов

Некоторым насекомым становится сложнее находить себе пары внутри вида из-за роста концентрации «вредного» тропосферного озона. Он разрушает выделяемые этими животными половые феромоны, что может привести к «неправильному спариванию» и появлению бесплодного потомства. Такая ситуация опасна катастрофическим сокращением численности насекомых в мире. Об этом в своей статье рассказали биологи из Германии.

18 марта
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: