Экономичный способ получения катодного материала улучшит литий-ионные аккумуляторы
Исследователи из Сколтеха запатентовали инновационную технологию производства высококачественного феррофосфата лития — ключевого материала для литий-ионных аккумуляторов электромобилей, электробусов, систем резервного электроснабжения и накопителей энергии из возобновляемых источников. В новом производственном процессе сферические частицы для последующего синтеза феррофосфата лития получают микроволновой распылительной сушкой вместо воздействия горячим воздухом. Полученный таким способом катодный материал имеет повышенный срок службы и позволяет конструировать литий-ионные аккумуляторы с более высокой энергоемкостью. Вдобавок альтернативный способ сушки экономит электроэнергию и время на производстве.
Литий-ионные аккумуляторы остаются главными источниками накопления энергии, в том числе в электротранспорте. Они подразделяются на типы в зависимости от материала катода. Конечно, свой вклад вносят и второй электрод аккумулятора — анод — и другие компоненты, но именно состав и структура катодного материала в первую очередь определяют конечные характеристики аккумулятора: энергоемкость, мощность, стоимость, безопасность и срок службы. Различные материалы катода выбираются в зависимости от области применения. Так, аккумуляторы на основе литий-никель-марганец-кобальт-оксидных катодов (NMC) имеют высокую энергоемкость, что делает их фаворитами для электромобилей с большим запасом хода.
«Мы совершенствуем технологию получения литий-железо-фосфатных катодных материалов (LFP) для литий-ионных аккумуляторов. Они дешевле, чем NMC, и служат дольше. Несмотря на более низкую плотность энергии, LFP применяется для аккумуляторов городских электромобилей, заточенных под поездки малой и средней дальности, а также для электробусов и вилочных погрузчиков», — рассказывает один из авторов патента, младший научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха Эльвира Стюф.
«Кроме того, важен фактор безопасности, причем не только в электротранспорте, — добавляет соавтор патента, заслуженный профессор Центра энергетических технологий Сколтеха Артем Абакумов, солауреат премии «Вызов». — Аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата более устойчивы к перегреву и меньше подвержены взрывам и возгораниям, даже при повреждении. Повышенная безопасность в сочетании с хорошими емкостными и мощностными характеристиками делают этот вид аккумулятора подходящим для нужд резервного питания при перебоях электроснабжения и накопления солнечной и ветряной энергии».
Запатентованный Сколтехом способ изготовления LFP позволяет получить материал в виде микрочастиц сферической формы, которая обеспечивает их более плотную упаковку, что позволяет создать литий-ионный аккумулятор с повышенной плотностью энергии: он будет запасать больше энергии в том же объеме.
LFP синтезируют путем высокотемпературной обработки прекурсора, то есть материала-предшественника. Последний имеет вид оранжевого порошка и получается распылением водной суспензии реагентов в потоке горячего воздуха. Мелкие капли суспензии мгновенно высыхают — остаются сферические частицы порошка. Оказывается, что если высушивать капли не горячим воздухом, а с применением микроволнового излучения, то все исходные вещества в каждой сферической частице будут распределены равномернее.
Это позволяет при последующей термообработке создать однородное углеродное токопроводящее покрытие, обволакивающее частицы материала, и достичь высокой электрохимической емкости и более стабильной работы катода. Кроме того, описанный в патенте способ производства материала быстрее и экономит около четверти той электроэнергии, которая обычно расходуется установкой для распылительной сушки горячим воздухом.
«Этот эффект объясняется тем, что прогрев распыляемых капель осуществляется из их центра к периферии за счет прямого воздействия микроволн, а не наоборот, как в случае сушки горячим воздухом, — объясняет соавтор изобретения старший научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха Александра Савина. — Быстрое удаление воды из капель суспензии с помощью микроволнового излучения позволяет добиться равномерного распределения всех компонентов по объему сферических — или почти сферических — конгломератов прекурсора. В итоге в катодном материале образуется более разветвленная проводящая углеродная сеть. При традиционном подходе эта сеть не такая всепроникающая и попадаются более крупные непроводящие участки. Электропроводность катода критически важна для высокой энергоемкости аккумулятора и его устойчивой работы в течение долгого времени».
Изобретение зарегистрировано Роспатентом.
Telegram 
Дзен 
VK Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
Новое исследование показало, что представители скифской элиты, захороненные в курганах, которые широко разбросаны по степям Центральной Евразии, связаны родственными узами. Это доказывает, что у древних кочевников существовали династии, в которых власть передавалась по наследству.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
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.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
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