Физики создали самый ёмкий электрод для аккумулятора

Углеродные кораллы под микроскопом (иллюстрация J. Xiao et al./ Nano Letters).

Учёные ухитрились построить из графена нечто вроде нагромождения крохотных кораллов, с многочисленными каналами и пустотами. Авторы уверяют, что в составе батареи этот материал продемонстрирует рекордные свойства.

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и Принстона (Princeton University) изобрели необычный электрод.

Сочетание электронной микроскопии образца с моделированием на суперкомпьютере показало, что он способен хранить 15 ампер-часов на грамм веса. «Это самый высокий параметр, о котором сообщалось в данной области», — утверждают авторы новинки в статье в Nano Letters.

Нужно пояснить, что разработка предназначена для воздушно-литиевых аккумуляторов (также именуемых литиево-кислородными). Они способны на порядок обойти лучшие литиево-ионные по удельной ёмкости. Пока такие накопители не вышли из стадии экспериментальных, поскольку не решён ряд проблем. В частности, устройства ещё не могут похвастать живучестью.

Зависимость рабочего напряжения (по вертикали, вольты) ячейки от удельной ёмкости электрода (по горизонтали, миллиампер-часы на грамм углерода) (иллюстрация J. Xiao et al./ Nano Letters).

Физики смешали растворитель, связующее, воду и хлопья графена, а затем создали в этой смеси многочисленные мелкие пузырьки воздуха. Они послужили строительными лесами, на которых собрались графеновые частицы и связующее вещество.

После удаления лишних компонентов осталась высокопористая структура, в которой графен сформировал многочисленные сферы диаметром по 3-4 микрометра, причём в стенках сфер имеются отверстия.

Всё вместе это создаёт разветвлённые каналы для доступа кислорода и обеспечивает большое пространство для реакции его с литием.

Новый электрод не использует катализатор (это большой плюс технологии), но показывает высокие параметры только в чистом кислороде. Сейчас команда работает над мембраной, которая позволяла бы проходить к электроду только кислороду, но задерживала бы влагу из воздуха, которая губит подобную батарею, реагируя с литием.

Кроме того, в нынешнем виде электрод не позволяет полностью перезаряжать себя по нескольку раз, но над устранением и этого недостатка тоже работает сейчас команда его создателей.



Химики придумали жидкое хранилище для водорода

28 ноября 2011

Создан материал с рекордной фосфоресценцией

21 ноября 2011

Никелевая микрорешётка поставила рекорд лёгкости

18 ноября 2011

Испытан прообраз сверхъёмкой литиевой батареи

15 ноября 2011

Физики заставили полимеры самостоятельно складываться на свету

11 ноября 2011
  • Денис Карин  30 ноября, 13:11
    Кажется что-то подобное уже было, причем здесь же на мембране. Графен в качестве электрода.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  30 ноября, 13:34
    Было. Отличия: 1) в какой именно форме этот графен применяется (данные «кораллы» — новая придумка), 2) для чего этот графен (было — для литий-ионных аккумуляторов, а эта разработка для литиево-кислородных.)
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  30 ноября, 13:29
    Все тут крайне странно, начиная с ошибки в формуле :-) Например, число Фарадея равно 96500 Кл или 26,8 А*ч. Такой заряд теоретически отдает моль Li . Его молекулярный вес 6,91. Получается 3,87 А*ч/г, в  статье упоминается 15 А*ч/г. В общем, непонятно.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  30 ноября, 13:32
    15 а-ч на грамм углерода, а не лития.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  30 ноября, 13:37
    PS — то есть они оценили, сколько лития или его оксида, вместится в поры этого высокопористого графена. При рабочем напряжении где-то в 2,5-3 вольта 15 а-ч на грамм электрода — это огромная величина.
    Даже если все остальные обязательные компоненты батареи будут весить в разы больше этого самого графена, всё равно итоговый показатель аккумулятора выйдет далеко превосходящим, всё что ныне существует. Можете прикинуть порядок величины сами.
    ОтветитьНравится
  • Александр Стрелец  30 ноября, 14:42
    Да что то заоблачно большая величина выходит. Около 40 кВт*ч/кг
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  30 ноября, 15:00
    Ну когда идёт речь об электродах, у учёных свои какие-то подсчёты, я тонкости не знаю. Я думаю на практике это означает, что такой электрод заведомо не будет лимитировать ёмкость батареи. А у самих Li-O2 батарей теоретическая ёмкость (без учёта кислорода, так как он в воздухе) — более 11 кВт-ч на кг.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  30 ноября, 14:05
    Смесь углерода с литием будет иметь еще меньшую теоретическую емкость чем чистый литий. Еще удивительнее.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Гненный  30 ноября, 14:22
    Интересно было бы глянуть на мембрану, пропускающую кислород и задерживающую газообразную влагу, учитывая, что размер молекулы кислорода почти в два раза больше молекулы воды.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  2 декабря, 22:23
    Думаю нужно попросить об этом Леонида, он ведь на мембране главный... :)
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  30 ноября, 14:38
    Nafion пропускает влагу, но абсолютно не пропускает ничего другого.
    ОтветитьНравится
  • Дмитрий Гненный  30 ноября, 17:38
    Спасибо, об ионообменных я не подумал!
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  30 ноября, 14:41
    Осушка воздуха в наше время не проблема, есть десятки незатратных методов.
    ОтветитьНравится
  • Хажевский Андрей  30 ноября, 20:09
    Перспективно для электромобилей. Ёмкость большая, вес маленький.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  2 декабря, 22:25
    Спасибо, кэп :) Как ни странно это перспективно не только для электромобилей...
    ОтветитьНравится
  • Олег Агапов  1 декабря, 10:42
    Наверно нас все-таки ждет революция в области аккумуляторов, судя по тому сколько появляется различных технологий создания аккумуляторов
    ОтветитьНравится
  • Расим Бейбутов  1 декабря, 13:08
    Революция в области аккумуляторов будет лет через 50, когда закончится нефть. Нефтяные гиганты скупают все перспективные технологии и замораживают их..
    ОтветитьНравится
  • Антон Иванов  1 декабря, 21:33
    кроме нефтяных гигантов, есть гиганты из других индустрий. Что мешает им купить эти технологии и не замораживать, а пустить в дело? Деньги есть не только у добытчиков.
    ОтветитьНравится
  • Ваня Крейцер  2 декабря, 02:22
    Где-то я читал, рейтинг доходности разных типов бизнеса. Так вот, на первом месте была по-моему война, на втором наркотики, а нефть на третьем. Уж не знаю насколько это правда.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  2 декабря, 02:29
    Да, что ни говори, а Америкосы отличные бизнесмены: подобреют под себя все три прибыльных дела война, наркотики, нефть.
    ОтветитьНравится
  • Александр Стрелец  2 декабря, 03:04
    Наверное масоны виноваты!?
    ОтветитьНравится
  • Александр Иерархов  2 декабря, 03:29
    http://kinofilms.tv/film/tajnye-obshhestva/21970/ Про массонов популяно и читать не надо... :)))))
    ОтветитьНравится
  • Антон Иванов  2 декабря, 20:41
    я тоже подобное где-то читал. как варианты назывались ещё проституция, торговля людьми. Но думаю, что это скорее байки. Хотя бы даже потому, что подсчитать трудно. Например, сколько принесла война в Осетии и кому? России? Грузии? А Афганистан или Вьетнам американцам? А Афганистан СССР? В мотивации войны есть так же политическая составляющая — как выразить политический капитал в денежном эквиваленте? Серьёзные подсчёты тут могут разнится в разы, если не на порядки, следовательно серьёзными их считать трудно.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  2 декабря, 22:29
    Ну, во-первых, война — это не бизнес.
    Во-вторых, самые прибыльные вида бизнеса всегда — противозаконные. Так что вряд ли нефть стоит на третьем месте, по крайней мере по доходности, а по абсолютным цифрам она по-любому в топе рейтинга...
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  2 декабря, 22:59
    «…серьёзными их считать трудно.»
    -Не серьёзными можно считать подсчеты, но то, что подсчитывается однозначно серьёзно.
    ОтветитьНравится
  • Ваня Крейцер  2 декабря, 23:00
    > война — это не бизнес.
    Для кого как.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  3 декабря, 01:26
    Война — конфликт между политическими образованиями (государствами, племенами, политическими группировками и т. д.), происходящий в форме вооружённого противоборства, военных (боевых) действий между их вооружёнными силами

    Бизнес — самостоятельная экономическая деятельность, направленная на систематическое получение прибыли от...

    Сойдемся на том, что существуют бизнесы, получающие сверхприбыль от того, что политические образования ведут военные действия. Это может быть и производство оружия, и тупое воровство допустим природных ресурсов. Разные могут быть бизнесы. Бизнесы продающие зерно военным, ведущим боевые действия, могут иметь ту же доходность, что и продающие зерно мирным жителям.
    Но война — это по-любому не бизнес, это политическое противостояние!

    ОтветитьНравится
  • Ваня Крейцер  3 декабря, 03:37
    > Бизнес — самостоятельная экономическая деятельность,
    > направленная на систематическое получение прибыли от...

    Ну, например, США систематически устраивает разные войны, чтобы получать с этого прибыль. Причём делает это самостоятельно. =)

    > Но война — это по-любому не бизнес, это политическое
    > противостояние!

    Это очень тонкий момент. Глянем снова, на войны США. Там политика лишь прикрытие, а истинными мотивами являются деньги. Можно, конечно, сказать, что политика -- это такой вид бизнеса. Или ещё как-нибудь терминологически вывернуться, чтобы засунуть деньги в политику. Это, пожалуй, будет даже правильно, поскольку вся, или почти вся политика, в конечном итоге сводится к деньгам. Но... Я предлагаю, не утомлять себя сложными теоретическими изысками и цинично признать, что есть люди и организации, для которых война -- это бизнес.

    Собственно спор ни о чём. Во-первых, речь шла, всё-таки, о нефти, а не о войне, и говорил я всё к тому, что у нефтянников денег больше чем у тех, кто заинтересован внедрением электромобилей. Во-вторых, я даже не уверен, что я правильно помню то, что когда-то читал о доходности бизнеса. Может там в первой строчке был банковский бизнес? Скажем вспомним финансовые успехи американской ФРС: одна организация закабалила и загнала в долги целую страну и каждого гражданина этой страны в отдельности. Какая радость и какое счастье, что Ельцин, распродавая народное имущество не догадался продать Сбербанк. Правда это ничего особенно не меняет, поскольку страна наша живёт за счёт нефти, а нефть в частных руках. Но если б ещё и Сбербанк был бы частной собственностью, а наш президент, прям как американский, плясал бы под дудку банкиров, наложивших лапу на деньгопечатный станок, то это был бы вообще абзац. В-третьих, если честно, мне просто плевать на эти тонкости: что можно называть бизнесом, а что нельзя. Так что если вы настаиваете на том, что война -- это не бизнес, то давайте на этом и сойдёмся.

    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  8 декабря, 21:16
    Ладно, сойдемся... :)
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  2 декабря, 07:56
    Чем выше доходность, тем выше риск. Особенно применительно к войне.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  2 декабря, 22:33
    Вообще, главный постулат финансов звучит ровно наоборот :)
    По этой самой причине незаконные бизнесы — самые доходные...
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  2 декабря, 23:01
    Согласен. Опять подмена куриц яйцами.
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  3 декабря, 10:39
    Наоборот неверно. Сама по себе рисковая деятельность может быть бессмысленна и не вести ни к какой доходности. Последний же термин подразумевает стремление получить прибыль.
    Откуда столько цинизма ? Война за деньги ... Эх, крепка была Советская власть.
    ОтветитьНравится
  • Владимир Беляев  8 декабря, 12:31
    Скажите а новости о энергозапсающей мембране не было?

    www.energymatters.com.au/index.php?main_page=news_article&article_id=1799

    ОтветитьНравится
  • Олег Сазонов  4 февраля, 22:23
    Обратил внимание на две неточности.
    1. «это создаёт разветвлённые каналы для доступа кислорода и обеспечивает большое пространство для реакции его с литием.»
    В электрохимии электроды всегда пространственно разнесены — катодная и анодная реакции идут порознь. Поэтому литий не должен контактировать с кислородом и вступать с ним в реакцию — восстановление кислорода происходит на графене.
    2. «Сочетание электронной микроскопии образца с моделированием на суперкомпьютере показало, что он способен хранить 15 ампер-часов на грамм веса.»
    Тут сразу несколько неточностей. Надо полагать, что имеется в виду емкость только «графенового» (на самом деле кислородного) электрода, при этом массу кислорода вообще не учитывают, а считают только вес графеновой матрицы.
    ОтветитьНравится