• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22.09.2021
УрФУ
7 302

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
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 15:33
Михаил Орлов

В контексте изменений климата обычно говорят о таянии ледников, однако ученые отмечают, что некоторые крупные скопления льда на Антарктическом полуострове за последние 20 лет заметно выросли. Причиной могут быть изменения атмосферной циркуляции и перераспределение массы антарктических льдов ближе к берегу.

Позавчера, 22:43
Анна Новиковская

По всему миру от недостатка витамина D3, жизненно необходимого для нормального развития костей, защиты зубов и работы иммунной системы, страдает около миллиарда человек. Теперь у них появится возможность восполнять его недостаток, употребляя в пищу генетически модифицированные помидоры.

Вчера, 12:06
Анна Новиковская

Из всего семейства гавиаловых — необычных крокодилов с узкой мордой — до наших дней дожили только два вида, населяющих пресные воды Южной и Юго-Восточной Азии. Однако новый вид крокодила, обнаруженный в Перу, доказывает, что предки этого семейства были морскими животными, способными пересекать океаны.

20 мая
Мария Азарова

Ученые предупреждают: поскольку вес современных комбайнов и прочей сельхозтехники сегодня приближается к весу самых крупных животных, когда-либо бродивших по Земле, возникает парадокс уплотнения грунта.

Позавчера, 10:00
РНФ

Группа ученых из России и Германии математически описала ситуацию, когда происходит самоостановка света — явление, при котором скорость световых импульсов падает в миллионы раз, вплоть до нуля. Оказалось, что в определенных условиях излучение в резонансно поглощающей среде создает для себя «потенциальную яму», из которой затем не может выйти. Это происходит за счет обволакивания материей безмассовых фотонов, и в результате они могут остановиться.

22 мая
Сергей Васильев

Распространяясь в популяциях крупных жвачных животных, паразиты незаметно оказывают мощное влияние на целые экосистемы, позволяя растительности спокойно развиваться и процветать.

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

28 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования составили таблицу ожидаемой продолжительностью жизни для собак 18 чистокровных пород и метисов. Кроме того, они узнали, кто живет дольше — суки или кобели, кастрированные или нет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: