Все, что вы хотели знать об ИИ, — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
17 октября
Сколтех
887

В Сколтехе улучшили катодный материал, чтобы повысить пробег электрокаров на одной зарядке

4.6

Исследователи из Сколтеха разработали инновационный материал для катодов литий-ионных батарей электротранспорта. За счет своей повышенной удельной энергоемкости материал сделает катоды и сами батареи компактнее, а значит, электромобиль с батареей того же размера сможет проехать на одной зарядке большее расстояние.

В Сколтехе улучшили катодный материал, чтобы повысить пробег электрокаров на одной зарядке / ©Getty images

Представленный в журнале Energy Advances и зарегистрированный Роспатентом материал представляет собой модификацию ныне используемого обогащенного никелем слоистого оксида переходных металлов, но с более выигрышной с точки зрения запасания энергии микроструктурой кристаллов.

«Несовершенство катодных материалов ограничивает развитие электротранспорта на литий-ионных аккумуляторах, — рассказывает руководитель исследования, профессор Центра энергетических технологий Сколтеха Артем Абакумов. — Катоды батарей электромобилей обычно изготавливают из слоистых оксидов переходных металлов, в том числе обогащенных никелем.

Мы усовершенствовали два материала этого класса, добившись повышения на 10–25 процентов удельной энергоемкости. То есть катод будет меньше, вся батарея — компактнее. Значит, заняв тот же объем, аккумулятор сможет запасти больше энергии, и пробег на одной зарядке увеличится. В качестве приятного дополнения материал медленнее деградирует, что повышает срок службы катода».

Первоначально в катодах из слоистых оксидов использовался материал с формулой LiCoO2. В современных материалах значительную часть атомов кобальта замещают никель и марганец. Названия таких материалов — скажем, NMC811 — отражают соотношение элементов: например, восемь атомов никеля на один атом марганца и один атом кобальта. Исследователям из Сколтеха удалось улучшить популярные материалы NMC811 и NMC622 за счет изменения их микроструктуры; при этом химический состав остается прежним.

Традиционные NMC представляют собой порошкообразные поликристаллические материалы: в них каждая частица состоит из случайным образом ориентированных зёрен. Кристаллическая структура самих зерен близка к идеальной, но на стыках между ними образуются полости. Таких полостей нет в монокристаллических NMC, у которых одна частица порошка соответствует одному «зерну» и имеет, как правило, форму октаэдра.

«Наш материал — это монокристаллический NMC со сферическими частицами, то есть он занимает меньший объем сразу по двум причинам. Во-первых, частицы не имеют внутренней поликристаллической структуры — там нет границ зерен и локализованных на них пустот. Во-вторых, монокристаллы сфероподобной формы упаковываются плотнее, чем октаэдры», — прокомментировала исследование его соавтор, научный сотрудник Сколтеха Александра Савина.

Помимо повышения плотности, сферическая форма кристаллов уменьшает площадь соприкосновения катода с электролитом, что замедляет нежелательные процессы, которые со временем ведут к формированию трещин в материале катода и его постепенному разрушению. Таким образом, продлевается срок службы катода и самой батареи. Изменить морфологию слоистого оксида ученым из Сколтеха удалось за счет корректировки процедуры синтеза материала.

Обычно начинают с осаждения прекурсора — вещества, в котором равномерно распределены никель, марганец и кобальт. Далее добавляется гидроксид или иной источник лития и производится высокотемпературный отжиг.

«Мы же после добавления литий-содержащего вещества также вносим инертную соль с низкой температурой плавления, потом расплавляем эту смесь и производим высокотемпературный отжиг. Затем следует промывка от соли и повторный отжиг, чтобы избавиться от продуктов нежелательных реакций с водой. Главное здесь то, что в зависимости от количества и химического состава инертной соли в конечном итоге меняется геометрия частиц оксида. В традиционном синтезе возможности повлиять на морфологию продукта почти нет», — пояснила соавтор работы, магистрант Сколтеха Алина Павлова.

Коллективу удалось подобрать такой состав и количество соли, которые способствуют формированию сферических частиц NMC. Испытания подтвердили, что энергоёмкость материала на грамм такая же, как у коммерческих аналогов. Однако за счёт повышения плотности в том же объеме получается запасти больше энергии.

В будущем исследователи планируют экспериментировать с размером частиц в надежде добиться еще более плотной упаковки за счет сочетания сфер разного диаметра. Параллельно с этим коллектив будет рассматривать слоистые оксиды переходных металлов с еще более высоким содержанием никеля, что тоже должно повысить энергоемкость. Исследование профинансировано Российским научным фондом. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 19:19
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

Вчера, 15:40
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

10 часов назад
Александр Березин

Также это повышает шансы на вовлечение волка в другие виды рискованной деятельности. Работа может иметь прикладное значение и для человеческих обществ, поскольку сходное влияние известно и для людей.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

20 ноября
Мария Азарова

Во время экспериментов с гнотобиотическими мышами, которые с рождения содержатся в стерильных условиях и ни разу в жизни не встречаются с микробами, исследователи заметили, что ни один из образцов фекалий таких стерильных животных не плавает, а сразу тонет. И это натолкнуло их на интересную мысль.

Вчера, 19:19
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

1 ноября
Анна Новиковская

Когда мы представляем взаимодействие неандертальцев с нашими предками, первобытными людьми, то обычно думаем об агрессивных стычках и конкуренции на охоте. Однако теперь ученые выяснили, что два вида людей взаимодействовали на протяжении как минимум 200 тысяч лет — это слишком долгий срок для активных военных действий, но достаточный для постепенного «растворения» одного вида в другом.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

13 ноября
Анна Новиковская

Беспилотный орбитальный самолет США завершил свою шестую миссию и приземлился рано утром в субботу. Он провел в космосе рекордные 908 дней, все это время обеспечивая себя энергией благодаря солнечным батареям.

[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: