• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22.09.2021
УрФУ
7 468

На Урале приблизились к созданию эффективной батареи для электромобилей

4.7

Ученые из Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (ИВТЭ УрО РАН) и Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) впервые экспериментально определили оптимальную толщину алюминиевого слоя между литиевым анодом и твердым электролитом. Это позволит создать эффективный твердотельный литиевый источник питания.

На Урале приблизились к созданию эффективной батареи для электромобилей / ©Getty images

Статья опубликована в журнале Solid State Ionics. В отличие от литий-ионных батарей с жидким электролитом, в полностью твердотельных батареях и электролит, и электроды выполнены из твердых материалов. Преимущества твердотельных аккумуляторов — сравнительно небольшая стоимость производства, более короткий период зарядки, высокая плотность накапливаемой энергии (энергоемкость), меньшие потери при саморазрядке и, следовательно, более длительный срок службы, компактность и легкость, повышенная безопасность и экологичность. Наиболее перспективная сфера применения полностью твердотельных батарей — электромобили. С помощью таких батарей этот вид транспорта сможет преодолевать большие расстояния на одном заряде.

Критическая проблема разработок полностью твердотельного источника тока заключается в том, что из-за шероховатости поверхностей электрода и электролита возникают высокие сопротивления, в том числе поляризационное сопротивление ячейки. Проблема устраняется размещением между литиевым анодом и электролитом буферного слоя алюминия.

В этом случае граница раздела становится однороднее и плотнее, пустот гораздо меньше, сопротивление ниже, ток мощнее и устойчивее. Усилить эффект можно за счет нанесения алюминия на расплавленный литий. Тогда опасность деградации элементов системы уменьшается, ее токопроводящие характеристики заметно улучшаются. Немаловажно при этом, что алюминий широко распространен и поэтому имеет низкую стоимость.

«Нашей задачей было установить оптимальную толщину алюминиевого слоя. Методом вакуумного осаждения образцы керамики (то есть твердого электролита) были равномерно покрыты слоями алюминия различной толщины — 10, 50 и 150 нанометров. Измерения, проведенные в Уральском федеральном университете, показали: осаждение 150 нанометров алюминия обеспечивает более плотное соприкосновение анода и электролита, приводит к более быстрому образованию стабильной границы раздела между ними — и при комнатной, и при повышенной температурах», — рассказывает Евгения Ильина, руководитель исследований, старший научный сотрудник Лаборатории химических источников тока ИВТЭ УрО РАН.

Принципиально важно, что применение алюминия, как утверждают ученые, не ухудшает работу системы. «Максимальная эффективность достигается через несколько дней, когда под воздействием тока и нагрева алюминий полностью переходит в расплавленный литий, и вместо литиевого анода и алюминиевого слоя образуется литиевый сплав с очень незначительным содержанием алюминия, непосредственно контактирующий с электролитом», — уточняет Виктория Пряхина, научный сотрудник отдела оптоэлектроники и полупроводниковой техники НИИ физики и прикладной математики УрФУ.

Отметим, работа проведена в рамках второго этапа исследований по гранту Президента РФ. На первом этапе научный коллектив разработал электролит с кубической структурой литий-лантан-цирконий-кислород, легированной ниобием и алюминием. Именно этот электролит, отличающийся высокими значениями плотности (около 98 процентов) и литий-ионной проводимости, а также стабильностью при контакте с металлическим литием, использовался на втором этапе исследований. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Уральский федеральный университет (УрФУ) расположен в Екатеринбурге, выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ). В УрФУ обучается более 36 000 студентов по 334 образовательным программам. Основан 19 октября 1920 года.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 19:10
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

Вчера, 15:00
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

Позавчера, 21:31
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

Вчера, 19:10
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

Вчера, 15:00
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

Позавчера, 21:31
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
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: