Химическая инъекция вернула к жизни отработанные литийионные аккумуляторы
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.
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии