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 Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
Ученые Московского физико-технического института разработали бенчмарк — эталон для компьютерных программ — и с его помощью сравнили больше десяти популярных нейросетей и классических алгоритмов распознавания жестов незнакомого человека по сигналам электромиографии. Разработка даст возможность лучше понимать «голос тела», чтобы дистанционно управлять техникой, теледроидами, дополненной и виртуальной реальностью.
В 2020-х годах шакалы достигли Архангельской области, а еще раньше колонизировали другие регионы Северной Европы. Авторы новой работы проанализировали перспективы и пришли к выводу о неизбежности многократного расширения их европейского ареала в этом веке. Причем ключевую роль в этом играет человек и его действия.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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