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.
Ученые «реабилитировали» литий-ионные аккумуляторы нового поколения, опровергнув пессимистичную гипотезу
Специалисты Сколтеха совместно с французскими коллегами из Университета Монпелье и Коллеж де Франс опровергли распространенное объяснение проблем литий-ионных аккумуляторов следующего поколения. По мере эксплуатации их характеристики ухудшаются из-за изменений в катоде, что препятствует коммерциализации технологии, способной запасать на треть больше энергии, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Анализ данных, полученных на экспериментальной установке класса «мегасайенс», показал, что вредные для аккумуляторов молекулы кислорода, обнаруженные ранее в обогащенных литием катодах, на самом деле образуются под воздействием рентгеновского излучения, используемого для их же поиска. Это хорошая новость, потому что справиться с другими видами деградации катода будет проще.
Исследование опубликовано в журнале Nature Materials при поддержке РНФ. Переход к устойчивой энергетике невозможен без эффективного хранения электроэнергии — от встроенных в энергосеть накопителей до аккумуляторов электромобилей и мобильных устройств. Литий-ионные аккумуляторы остаются наиболее продвинутой технологией, обладающей значительным потенциалом для дальнейшего развития. В частности, аккумуляторы следующего поколения с так называемыми обогащенными литием катодами способны запасать примерно на 30% больше энергии, чем их современные аналоги с «обычными» литий-никель-марганец-кобальт- оксидными катодами (NMC).
Одно из главных препятствий на пути к коммерциализации литий-ионных аккумуляторов следующего поколения — ухудшение их характеристик по мере роста числа циклов заряда и разряда. В процессе эксплуатации катодный материал претерпевает не до конца изученные изменения, которые вызывают постепенное падение напряжения и емкости. Очевидно, что проблема связана с окислительно-восстановительными процессами с участием кислорода, который входит в состав NMC. Но что конкретно происходит с атомами кислорода, непонятно, и этот пробел в теории не позволяет целенаправленно работать над устранением проблемы, чтобы вывести аккумуляторы на рынок.
Одна из ведущих гипотез звучала так: за время срока службы аккумулятора атомы кислорода, изначально встроенные в кристаллическую решетку катода, постепенно высвобождаются и образуют в порах материала молекулы O₂ — такие же, как в воздухе, которым мы дышим. Эти молекулы ранее были обнаружены в обогащенных литием катодных материалах с помощью рентгеноспектрального анализа. Поскольку молекулярный кислород почти не проявляет электрохимической активности, его накопление ухудшает характеристики аккумулятора. Эта гипотеза ставила под сомнение потенциал технологии, поскольку в условиях аккумулятора образование молекулярного кислорода — почти необратимый процесс, на который сложно повлиять.
«К счастью, после выхода нашей статьи можно сказать, что гипотеза о молекулярном кислороде в порах катодного материала остается в прошлом, — прокомментировал результаты исследования старший преподаватель Центра энергетических технологий Сколтеха Дмитрий Аксенов. — Мы проанализировали данные, полученные в ходе масштабных экспериментов по рентгеновскому рассеянию, и показали, что запертые в структуре катода молекулы кислорода — те самые, которые считались причиной ухудшения характеристик, — в действительности с высокой вероятностью являются артефактом измерений. То есть они образовывались под воздействием самого́ рентгеновского излучения, с помощью которого их обнаружили».
Открытие значительно снижает неопределенность, которая долгое время существовала вокруг механизма окисления кислорода в катодах на основе NMC. Теперь область исследований по стабилизации катодного материала сужается до так называемого структурного кислорода — атомов, которые не покидают кристаллическую решетку с последующим образованием молекул, как считалось ранее, а лишь теряют электрон в процессе заряда аккумулятора. По мнению авторов исследования, справиться с этой проблемой будет легче, чем было бы с молекулярным кислородом в порах, что делает коммерциализацию новых аккумуляторов более реалистичной.
«Это исследование — отличный пример синергии между экспериментом, теорией и компьютерным моделированием, — рассказывает научный сотрудник Центра энергетических технологий Сколтеха Андрей Геонджиан, который выполнил моделирование резонансных спектров неупругого рассеяния рентгеновских лучей, что позволило корректно интерпретировать результаты проведенного во Франции эксперимента класса „мегасайенс“. — Без моделирования было бы невозможно однозначно определить, остаются ли молекулы кислорода связанными с кристаллической решеткой или полностью обособлены от нее. С другой стороны, экспериментальные данные задали строгие ограничения, которые позволили нам сузить круг возможных сценариев и в конечном итоге предложить наиболее вероятный механизм образования молекулярного кислорода».
Другой автор исследования — директор Центра энергетических технологий и заслуженный профессор Сколтеха Артем Абакумов — отметил: «Мы надеемся, что наши результаты станут стимулом для разработки новых стратегий оптимизации литий-обогащенных катодных материалов для точной настройки баланса между окислением кислорода, растворением металла и образованием нанопор, а также помогут понять, как эти процессы зависят от покрытий и допирующих элементов. Более глубокое понимание этих аспектов может значительно увеличить срок службы следующего поколения литий-ионных аккумуляторов на основе литий-обогащенных материалов NMC».
Telegram 
Дзен 
VK Первое поколение людей, в жизни которых технологии заняли значительное место, уже приблизилось к солидному возрасту. Как использование гаджетов повлияло на их когнитивные способности? На этот вопрос ответили исследователи из двух американских университетов.
Под впечатлением от все более широких возможностей систем искусственного интеллекта некоторые пользователи готовы проводить часы за общением с голосовыми ИИ-ассистентами или текстовыми чат-ботами. Неудивительно, что в результате таких контактов ИИ перестает восприниматься как бездушная технология, а начинает казаться заслуживающим доверия собеседником, практически другом или даже чем-то большим. Настолько, что сюжет фильма «Она», в котором главный персонаж в исполнении Хоакина Феникса влюбился в ИИ-личность по имени Саманта, уже не выглядит таким фантастическим. Тенденция вызывает тревогу: международная группа психологов предупредила, что углубление отношений с ИИ до уровня романтических несет серьезные риски — вплоть до разрушения человеческих связей и суицидов.
Крупная пустыня Тар в XXI веке показала рост площади листвы на 38%. До сих пор ученые не понимали, какие именно события к этому привели. Индийские исследователи попробовали ответить на этот вопрос, но вряд ли он устроит всех их коллег.
Биофизики выявили общие закономерности в коллективном движении клеток, которые сохраняются у бактерий, животных и человека. Клетки демонстрируют скрытую симметрию, известную как конформная инвариантность, в своих вихревых узорах. Это открытие указывает на существование универсальных физических принципов, управляющих живой материей.
Первое поколение людей, в жизни которых технологии заняли значительное место, уже приблизилось к солидному возрасту. Как использование гаджетов повлияло на их когнитивные способности? На этот вопрос ответили исследователи из двух американских университетов.
Крупная пустыня Тар в XXI веке показала рост площади листвы на 38%. До сих пор ученые не понимали, какие именно события к этому привели. Индийские исследователи попробовали ответить на этот вопрос, но вряд ли он устроит всех их коллег.
До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.
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.
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.
