Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Предложен новый взгляд на проблему низкой энергоэффективности литий-ионных батарей
Международная научная группа с участием ученых Сколковского института науки и технологий предоставила экспериментальное опровержение общепринятому объяснению низкой энергоэффективности литий-ионных батарей. Исследователи объяснили это явление медленным переносом электронов между атомами кислорода и переходных металлов в кристаллической структуре катода, а не миграцией атомов внутри структуры в процессе заряда/разряда, как считалось ранее.
Работа опубликована 16 сентября в журнале Nature Chemistry. Литий-ионные аккумуляторы уже повсеместно используются в портативной электронике и электромобилях. А применение в них перспективных катодных материалов нового поколения на основе литий-обогащенных оксидов позволит в два раза увеличить их емкость и, соответственно, время автономной работы мобильных устройств и пробег электромобилей. Однако коммерческому внедрению подобных материалов препятствует их низкая энергоэффективность.
Дело в том, что для заряда такой батареи требуется гораздо большее напряжение, чем она может далее обеспечить на разряде. Этот эффект, называемый гистерезисом напряжения, приводит к существенной потере энергии и увеличивает экономические издержки конечного потребителя. Таким образом, чтобы раскрыть потенциал батарей с катодами из литий-обогащенных оксидов, необходимо подавить негативный эффект гистерезиса напряжения, но это невозможно без понимания природы процессов, на которые уходит потерянная энергия.
Авторы опубликованной в журнале Nature Chemistry статьи экспериментально обосновывают несостоятельность принятого до сих пор объяснения гистерезиса напряжения и предлагают новое. При работе литий-ионной батареи ионы лития перемещаются между двумя ее электродами. Сначала, во время заряда, они мигрируют на анод, оставляя «вакансии» в кристаллической структуре катода. Потом, в процессе разряда, ионы возвращаются на свои места на катоде, обеспечивая электрический ток для работы подключенного устройства.
«Но параллельно в процессе заряда батареи часть атомов переходных металлов в катоде мигрирует в освободившиеся вакансии лития, а затем возвращается назад на разряде. На это перемещение туда-обратно и расходуется часть полезной энергии так объясняли гистерезис раньше», – рассказал соавтор работы, аспирант Сколтеха Анатолий Морозов.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые проследили за положением атомов переходных металлов в структуре литий-обогащенного катодного материала Li1.17Ti0.33Fe0.5O2 на разных стадиях работы батареи. Этот материал был выбран в качестве модельного из-за своего чрезвычайно большого (более 1 вольта) гистерезиса напряжения. Визуализацию атомной структуры Li1.17Ti0.33Fe0.5O2 (см. изображение ниже) удалось обеспечить при помощи просвечивающего электронного микроскопа Центра коллективного пользования «Визуализация высокого разрешения» Сколтеха.
Оказалось, что при работе батареи значимой миграции атомов железа или титана в структуре катодного материала не происходит, то есть энергия расходуется на какой-то иной внутренний процесс. «Наши наблюдения подтолкнули команду взглянуть на гистерезис напряжения иначе и объяснить эффект гистерезиса напряжения не обратимой миграцией катионов, а обратимым переносом электронов между атомами кислорода и переходных металлов.
В процессе заряда батареи некоторые электроны железа захватываются атомами кислорода, затем они возвращаются на место при разряде. На этот обратимый процесс и уходит часть энергии», – объяснил профессор Артем Абакумов, директор Центра энергетических наук и технологий Сколтеха.
«Понимая природу гистерезиса напряжения как связанного с переносом электронов явления, можно сгладить этот вредный эффект и получить тем самым новое поколение литий-ионных батарей с рекордно высокой удельной энергоемкостью для электрокаров и переносной электроники, – продолжил ученый. – Чтобы сделать этот следующий шаг возможным, химики могли бы управлять величиной барьера электронного переноса за счет настройки степени ковалентности связи катион-анион, опираясь на таблицу Менделеева и такие понятия, как „химическая мягкость“».
«Наша работа демонстрирует потенциал продвинутых методов просвечивающей электронной микроскопии для визуализации и расшифровки локальной кристаллической структуры материалов высокой сложности, – добавил Морозов. – Здорово, что студенты и молодые ученые Сколтеха имеют прямой доступ к таким высокотехнологичным инструментам, как просвечивающие электронные микроскопы с коррекцией аберраций, и возможность совершенствовать навыки самостоятельной работы с ними.
Это позволяет нам вносить вклад в исследования металл-ионных аккумуляторов на самом высоком уровне и сотрудничать с зарубежными коллегами как из индустрии, так и из научного сообщества». Помимо химиков Сколтеха, в исследовании принимали участие ученые из Коллеж де Франс, Университета Монпелье, Сорбонны, Мюнхенского технического университета, Института Пауля Шеррера, Университета По и Адурской области, а также Сети по электрохимическому хранению энергии (RS2E).
Telegram 
Дзен 
VK Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.
Богатые люди в США могут позволить себе лучшие клиники, персональных врачей и здоровое питание. Но они все равно умирают раньше, чем их состоятельные сверстники в Европе. Авторы нового исследования выяснили, что разрыв в продолжительности жизни между Старым Светом и Америкой сохраняется на всех уровнях богатства.
Рынок электромобилей стремительно расширяется. На нем представлены не только пассажирские, но и грузовые модели, а также специализированный транспорт. Сегодня главные задачи по совершенствованию транспорта на электрической тяге — увеличение пробега на одной заправке (зарядке), повышение емкости и долговечности накопителей, применение экологически «чистых» аккумуляторов на всем его жизненном цикле. Все эти задачи связаны с одним важным конструктивным элементом — аккумуляторной батареей, которая все еще остается «головной болью» многих ученых и конструкторов мира. Над решением этих задач работают и специалисты компании UST Inc. Результаты их исследований показывают, что ставку в ближайшей перспективе нужно делать не на литий-ионные аккумуляторы.
Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.
Два ключевых события сыграли решающую роль в формировании генетического профиля современных европейских народов. Первое связано с приходом ранних фермеров из Анатолии примерно восемь тысяч лет назад, второе — масштабная миграция на запад носителей ямной степной культуры, начавшаяся пять тысяч лет назад. Однако ученые видят множество отличий от общей картины в разных регионах. В новой работе они проанализировали ДНК древних жителей самого северо-запада Европы и обнаружили более тесную связь с охотниками-собирателями, чем где бы то ни было.
Ученые из Австралии исследовали влияние сексуальной активности, а именно — самоудовлетворения и полового контакта с партнером — на объективные и субъективные параметры сна, в том числе на мотивацию поутру и готовность к новому дню.
В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.
Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).
Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно