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 НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
Протезирование зубов в позднее Средневековье — сложная и почти не раскрытая тема из-за малого количества археологических источников. Найденная в Абердине челюсть с золотой проволокой показала, что богатые шотландцы восстанавливали зубы еще в XVI веке, а роль врача, вероятно, играл ювелир.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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