Химическая инъекция вернула к жизни отработанные литийионные аккумуляторы


С помощью специального реагента исследователи восстановили работу литийионных аккумуляторов / © Getty Images

В современном мире литийионные аккумуляторы применяются повсеместно: от бытовой электроники до электромобилей. У таких батарей много плюсов: они быстро заряжаются, имеют низкий саморазряд и не требуют обслуживания. Но есть и минусы. Главные — ограниченный срок службы, обычно от 500 до 2000 циклов заряда — разряда, и опасность, которую они представляют для людей и окружающей среды.

По мере старения литийионные батареи «теряют» часть материала электродов, которые позволяют им накапливать энергию, что снижает энергоемкость. В результате аккумуляторы оказываются либо на свалке (в процессе разложения они выделяют вредные вещества, а иногда могут загореться или вообще взорваться) либо попадают к компаниям, занимающимся их утилизацией. Специалисты разбирают батареи на составные части, извлекают материалы, а после подвергают извлеченное сырье вторичной переработке. 

Однако утилизация литийионных аккумуляторов занимает много времени, она дорогостоящая и энергоемкая. Поэтому ученые давно ищут способы, позволяющие сократить количество этапов переработки. Одно из решений предложили японские инженеры из научно-исследовательского института Toyota Central R&D Labs., Inc. — технологию восстановления емкости аккумулятора, не требующую его демонтажа.

Эта технология основана на впрыскивании в отработанный элемент определенных реагентов, которые обращают вспять химическое старение батареи за счет «обновления» электрохимически активного материала, хотя и не исправляют накопленные в аккумуляторе структурные повреждения. Результаты работы опубликованы в журнале Joule.

Коммерческие литийионные аккумуляторы состоят из нескольких основных компонентов. Во-первых, это два электрода с противоположными знаками: анод, который сделан из графита, и катод, сделанный из оксидов лития. Между анодом и катодом находится тонкий пористый сепаратор, он удерживает два электрода от короткого замыкания. Еще в аккумуляторе есть электролит, изготовленный из органических растворителей и на основе солей лития, который позволяет ионам лития перемещаться внутри ячейки.

Во время зарядки электрический ток перемещает ионы лития от катода к аноду. При использовании аккумулятора (во время разрядки) ионы движутся обратно к катоду. С течением времени весь этот процесс приводит к износу катода (его материал растрескивается и уже не может удерживать исходное количество атомов лития), в результате емкость аккумулятора начинает снижаться, то есть энергия так хорошо уже не накапливается в нем. Иными словами, каждый раз, когда происходит зарядка батареи, на несколько секунд сокращается ее максимальный срок службы. 

Схема восстановления емкости литийионных батарей / © Toyota Central R&D Labs., Inc

Японские ученые попытались «обновить» в отработанной батарее этот электрохимически активный материал. Для этого исследователи протестировали несколько возможных восстановительных реагентов — веществ, которые производят электроды во время химических реакций. Эксперименты показали, что реагент на основе нафталинида лития может увеличить количество работоспособного анодного и катодного материала в батарее и восстановить его до 80 процентов от первоначальной емкости. Такая емкость сохранялась на протяжении 100 циклов заряда — разряда.

По словам авторов работы, новый способ позволит в разы продлить срок службы литийионных батарей. Отработанные аккумуляторы можно будет вновь вернуть к жизни и использовать в тех же электромобилях или других устройствах, а не выбрасывать на свалку или подвергать сложной и дорогостоящей утилизации.

Ученые испытали новую технологию восстановления не только на малогабаритных батареях, но и на больших автомобильных аккумуляторах. В обоих случаях она хорошо себя зарекомендовала.

Однако некоторые специалисты скептически смотрят на открытия коллег. По словам инженера Жаклин Эдж (Jacqueline Edge) из Имперского колледжа Лондона, прежде чем заявлять об успехе, необходимо провести ряд долгосрочных исследований, чтобы понять возможные побочные эффекты от введения химических веществ. 

«Способ, предложенный японскими инженерами, подходит только для аккумуляторов, которые подверглись очень специфической форме деградации. Этот способ будет полезен лишь в том случае, если вы знаете историю батареи или можете диагностировать, в каком состоянии она находится, с помощью простых методов, не оказывающих разрушительного воздействия на нее», — объяснила Эдж.

Исследовательская группа Toyota подала заявку на патент. Технологией японских инженеров уже заинтересовались ряд компаний, а также правительственных организаций. Среди последних — американское Агентство передовых исследований в области энергетики.


Source: https://lib.zaplata.ru/mendel/himicheskaia-inekciia-vernyla-k-jizni-otrabotannye-litiiionnye-akkymyliatory.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Открыто «невозможное» соединение плутония

Стабильное соединение плутония / Автор: Александр Литвинов Многие ученые работают над предсказанием того, что произойдет с ядерными отходами...

Экосредства для уборки оказались хуже обычных в плане выделений химикатов в воздух

© Getty Images / Автор: Александр Литвинов В последние годы все большую популярность набирает бытовая химия с экологической...

В хрящах взрослых людей нашли признаки регенерации

Американские исследователи обнаружили следы обновления ткани в суставах ног у человека…Они измерили возраст внеклеточных белков в суставных хрящах...

Создан негорючий электролит для аккумуляторов

©Jian-Cheng Lai, Stanford University / Автор: Иван Беляев Сегодня цивилизация как никогда прежде зависит от портативных источников энергии,...

Новая краска «залечивает» царапины на автомобиле за полчаса под солнцем

©Ed Visoso, Flickr / Автор: Сергей Данилов Царапина на автомобиле может надолго испортить настроение и потребовать совсем не...

Ученые установили кристаллическую структуру борида натрия

Минеральная форма бора – датолит / Автор: Ольга Кузьмина Международная группа ученых совместно с профессором Сколтеха и МФТИ...

Американские исследователи создали материал, «ворующий» электричество у окружающей среды

©Universal Pictures / Автор: Visellia Orfius Статью с описанием технологии и самого демонстрационного эксперимента американские исследователи опубликовали в...

Создан гель для предотвращения лесных пожаров

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Лесные пожары — важная часть многих экосистем. Но столетия, в течение которых люди борются...

Новый материал восстанавливается за счет углерода в воздухе

©Wikipedia / Автор: Sycophanta Duccius Материал, разработанный химиками из Массачусетского технологического института, может вступать в реакцию с углекислым...

Прозрачная древесина сможет стать экологически чистой заменой полиэтилена

Уже сейчас прозрачная древесина может заменить некоторые виды пластика, используемые, например, для упаковки продуктов / © Anish M....

Химики создали «умный» материал, которым можно управлять на расстоянии

Чтобы написать слово «SMART» («умный» по-английски), ученые не притронулись к материалу даже пальцем / © UPNA/NUP-Public University of...

Ученые подошли к разгадке причин головной боли от красного вина

© Rostislav_Sedlacek, Pinterest / Автор: Екатерина Лебедева Красное вино богато полифенолами, особенно флавоноидами — природными веществами, которые придают...

Масс-спектрометрия помогла выяснить возраст отпечатков пальцев

Авторы открытия, заставившего отпечатки пальцев раскрыть больше информации — Пейдж Хиннерс и Янг-Джин Ли /© Christopher Gannon/Iowa State...

Бананы предложили использовать в борьбе с пластиковым мусором

Авторы исследования создают биоразлагаемую пленку из банановой кожуры / © South Dakota State University Бананы — один из...

Нитрид алюминия продлит жизнь солнечным электростанциям

Солнечные батареи / ©tokar.ua / Автор: Ирина Мельникова Исследователи НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института...

Найдена связь сверхпроводимости с таблицей Менделеева

©Wikipedia / Автор: Александр Литвинов Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters. Высокотемпературная сверхпроводимость —...

Химики разработали съедобный датчик повторной заморозки продуктов

©Mirko Tobias Schäfer, Flickr / Автор: Ирина Мельникова Покупая продукты, не всегда можно сказать, насколько строго соблюдались условия...

Ученые синтезировали материал — почти такой же твердый, как алмаз

Изображение одной из алмазных наковален, полученное с помощью оптического микроскопа; один из образцов нитрида углерода C3N4 вмял поверхность...

Учёный изобрёл сухую воду

В рамках проекта по борьбе с глобальным потеплением, ученый из Великобритании представил свою разработку – воду в виде...

Применение графена позволяет полностью извлекать золото из электронных отходов

/ © iStock / Автор: Михаил Григорьев Количество выбрасываемых в мире электронных и электрических устройств (так называемых электронных...