Jump to content

Стеклянная батарея

Стеклянная батарея — это разновидность твердотельной батареи . В нем используется стеклянный электролит и литиевые или натриевые металлические электроды . [1] [2] [3] [4]


История развития [ править ]

Батарея была изобретена Джоном Б. Гуденафом , изобретателем из оксида лития-кобальта и литий-железо-фосфата, электродных материалов используемых в литий-ионной батарее (Li-ion), и Марией Х. Брага , доцентом Университета Порту. [5] и старший научный сотрудник Инженерной школы Кокрелла Техасского университета . [1]

Статья с описанием батареи была опубликована в журнале Energy & Environmental Science в декабре 2016 года; [6] С тех пор также был опубликован ряд последующих работ. [7] Hydro-Québec изучает возможность производства батареи. [8]

стекольного Исследование электролита

В сентябре 2016 года Университет штата Айова получил грант в размере 1,6 миллиона долларов США на разработку новых стеклообразных твердых электролитов с литий-ионной проводимостью. [9] В августе 2019 года было объявлено, что GM наградило Министерство энергетики США 2 миллиона долларов США за исследования «фундаментального понимания межфазных явлений в твердотельных батареях» и «горячего прессования усиленных твердотельных батарей с сульфидный стеклянный электролит». [10]

Скептицизм и реакция на скептицизм [ править ]

Первоначальная публикация в декабре 2016 года была встречена со значительным скептицизмом другими исследователями в области аккумуляторных технологий, при этом некоторые отметили, что неясно, как получается напряжение батареи, учитывая, что на обоих электродах присутствует чистый металлический литий или натрий, что не должно вызывать разницы в электрохимический потенциал и, следовательно, не дают напряжения на ячейке . [3] Таким образом, любая энергия, запасаемая или выделяемая батареей, нарушает первый закон термодинамики . Однако высокой репутации Гуденаф было достаточно, чтобы сдержать самую резкую критику: Дэниел Стейнгарт из Принстонского университета прокомментировал: «Если бы кто-то, кроме Гуденаф, опубликовал это, я был бы… ну, трудно подобрать вежливое слово». [3] Официальный комментарий опубликовали Стейнгарт и Венкат Вишванатан из Университета Карнеги-Меллона, специализирующиеся на энергетике и науках об окружающей среде . [11]

Гуденаф ответил на скептицизм, заявив: «Ответ заключается в том, что если литий, нанесенный на катодный токосъемник, достаточно тонкий, чтобы его реакция с токосъемником привела к снижению его энергии Ферми до энергии токосъемника, энергия Ферми токосъемника литиевый анод выше, чем у тонкого лития, нанесенного на катодный токосъемник». Гуденаф сказал, В более позднем интервью Slashdot что литий, нанесенный на катод, имеет «толщину порядка микрона ». [12]

Ответ Гуденаф вызвал дополнительный скептицизм со стороны Дэниела Стейнгарта, а также Мэтью Лейси из Уппсальского университета , которые отмечают, что этот эффект осаждения под пониженным потенциалом известен только для чрезвычайно тонких слоев ( монослоев ) материалов. [13] [14] Лэйси также отмечает, что в оригинальной публикации не упоминается предел толщины лития, нанесенного на катод, а вместо этого утверждается обратное: емкость элемента «определяется количеством щелочного металла, используемого в качестве анода». [6]

Строительство и электрохимия [ править ]

Батарея, как сообщается в оригинальной публикации, [6] состоит из щелочного металла ( литиевой или натриевой фольги) в качестве отрицательного электрода (анода) и смеси углерода и окислительно-восстановительного активного компонента в качестве положительного электрода (катода). Катодная смесь наносится на медную фольгу. Активным окислительно-восстановительным компонентом является сера , ферроцен или диоксид марганца . Электролит представляет собой с высокой проводимостью, стекло образованное из гидроксида лития и хлорида лития , что позволяет и легированное барием быстро заряжать аккумулятор без образования металлических дендритов . [2]

В публикации говорится, что батарея работает во время разряда путем удаления щелочного металла с анода и повторного осаждения его на катоде, при этом напряжение батареи определяется окислительно-восстановительным активным компонентом, а емкость батареи определяется количеством анода щелочного металла. . Этот рабочий механизм радикально отличается от механизма вставки ( интеркаляции ) большинства обычных материалов литий-ионных аккумуляторов.

описали новую версию В 2018 году большинство тех же авторов в Журнале Американского химического общества , в которой катод покрыт специальным раствором пластификатора, чтобы избежать растрескивания поверхности раздела, поскольку разные материалы расширяются с разной скоростью. Брага говорит, что новая батарея имеет вдвое большую плотность энергии, чем обычные литий-ионные батареи, и ее можно перезаряжать 23 000 раз. [15] [16] [17] Критики отметили в статье несколько необычных заявлений, таких как рекордно высокая относительная диэлектрическая проницаемость ; возможно, выше, чем у любого зарегистрированного материала, и увеличивает емкость батареи в течение многих циклов зарядки, а не ее уменьшение, как это обычно происходит со всеми другими аккумуляторными технологиями. [17] [16] В документе также неясно, сможет ли батарея удерживать заряд после отключения от сети, что прояснит, действительно ли это новая технология производства батарей или просто конденсатор. [17] Брага ответил критикам, сказав: «Данные есть данные, и у нас есть схожие данные из множества разных ячеек, в четырех разных приборах, разных лабораториях, перчаточном боксе. И, в конце концов, светодиоды горят целыми днями с очень маленькой количество активного материала после более чем 23 000 циклов». [17] [16]

Сравнение с литий-ионными аккумуляторами [ править ]

Брага и Гуденаф заявили, что ожидают, что плотность энергии батареи будет во много раз выше, чем у нынешних литий-ионных батарей, а также диапазон рабочих температур до -20 ° C (-4 ° F); намного ниже, чем у современных твердотельных батарей. [1] [3] [6] Утверждается также, что электролит имеет широкое электрохимическое окно . [18] Конструкция аккумулятора безопаснее, чем у литий-ионных аккумуляторов, поскольку исключается использование легковоспламеняющегося жидкого электролита. [2] Батарея также может быть изготовлена ​​с использованием недорогого натрия вместо лития. [2]

Авторы утверждают, что время зарядки аккумулятора гораздо короче, чем у литий-ионных аккумуляторов, — оно составляет минуты, а не часы. Авторы также заявляют, что они проверили стабильность границы раздела щелочной металл/электролит в течение 1200 циклов зарядки с низким сопротивлением элемента; [1] спецификация для литий-ионных аккумуляторов обычно меньше тысячи. [19] [20]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д «Изобретатель литий-ионных аккумуляторов представляет новую технологию быстрой зарядки негорючих аккумуляторов» . Новости Техасского университета. 28 февраля 2017 года . Проверено 22 марта 2017 г.
  2. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Моррис, Дэвид (6 марта 2017 г.). «Литий-ионный пионер представляет новую батарею, которая в три раза лучше» . Удача . Проверено 23 марта 2017 г.
  3. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Левен, Стив (20 марта 2017 г.). «Сделал ли гений литиевых батарей Джон Гуденаф снова это? Коллеги настроены скептически» . Кварц . Проверено 21 марта 2017 г.
  4. ^ Тироне, Джонатан (15 марта 2017 г.). «Обещание Шмидта от Google в отношении новой батареи Goodenough» . Новости Блумберга . Блумберг . Проверено 21 марта 2017 г.
  5. ^ «ФЭУП – Хелена Брага» .
  6. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Брага, Миннесота; Грандиш, Н.С.; Мерчисон, Эй Джей; Гуденаф, Дж. Б. (9 декабря 2016 г.). «Альтернативная стратегия безопасной аккумуляторной батареи» . Энергетика и экология . 10 : 331–336. дои : 10.1039/C6EE02888H .
  7. ^ Сакаи, М. (2023). «Модели катодной реакции для Na-ферроценовых и Li-MnO2 аккумуляторных батарей Брага-Гуденафа» . Журнал электрохимической науки и техники . 13 (4): 687–711. дои : 10.5599/jese.1704 .
  8. ^ «Полная перезагрузка страницы» . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки . 24 февраля 2020 г. Проверено 6 марта 2020 г.
  9. ^ «Сильная, высокая ионная проводимость Li+, непроницаемые для лития тонкие ленточные стеклообразные твердые электролиты» . Агентство перспективных исследовательских проектов - Энергетика . 13 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 27 апреля 2017 г.
  10. ^ Шимковски, Шон. «США наградили General Motors 2 миллионами долларов за исследование твердотельных аккумуляторов» . Роуд-шоу . Проверено 18 августа 2019 г.
  11. ^ Стейнгарт, Дэниел А.; Вишванатан, Венкатасубраманиан (17 января 2018 г.). «Комментарий к «Альтернативной стратегии безопасной перезаряжаемой батареи» М. Х. Браги, Н. С. Грандиша, А. Дж. Мерчисона и Дж. Б. Гуденаф, Energy Environ. Sci., 2017, 10, 331–336». Энергетика и экология . 11 (1): 221–222. дои : 10.1039/C7EE01318C . ISSN   1754-5706 .
  12. ^ «Интервью Slashdot с изобретателем литий-ионных батарей Джоном Б. Гуденафом - Slashdot» . hardware.slashdot.org . 19 апреля 2017 года . Проверено 21 июня 2017 г.
  13. ^ Стейнгарт, Дэн (4 марта 2017 г.). «Редокс без редокс» . несчастный тетраэдр . Проверено 21 июня 2017 г.
  14. ^ «О скептицизме вокруг «батарейки Гуденаф» · Мэтт Лэйси» . Лейси.se . 28 марта 2017 г. Проверено 21 июня 2017 г.
  15. ^ Брага, Мария Хелена; М. Субраманиям, Чандрасекар; Мерчисон, Эндрю Дж.; Гуденаф, Джон Б. (24 апреля 2018 г.). «Нетрадиционные, безопасные, высоковольтные аккумуляторные элементы с длительным сроком службы». Журнал Американского химического общества . 140 (20): 6343–6352. дои : 10.1021/jacs.8b02322 . ПМИД   29688709 . S2CID   13660262 .
  16. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с «Твердотельная литий-ионная батарея — Джон Гуденаф наконец сделал это?» . ЧистаяТехника . 26 июня 2018 года . Проверено 6 декабря 2018 г.
  17. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д ЛеВайн, Стив (3 июня 2018 г.). «Пионер в области аккумуляторов совершил новый удивительный прорыв» . Аксиос . Проверено 6 декабря 2018 г.
  18. ^ Брага, Миннесота; Феррейра, Дж.А.; Штокхаузен, В.; Оливейра, JE; Эль-Азаб, А. (18 марта 2014 г.). «Новые стекла на основе Li3ClO с суперионными свойствами для литиевых батарей». Журнал химии материалов А. 2 (15): 5470–5480. дои : 10.1039/c3ta15087a . hdl : 10400.9/2664 . ISSN   2050-7496 .
  19. ^ Тим Де Чант, «Супербезопасная стеклянная батарея заряжается за считанные минуты, а не часы» , NovaNext , 17 марта 2017 г.
  20. ^ Марк Андерсон, «Ускорит ли новая стеклянная батарея конец нефти?» , IEEE Spectrum , 3 марта 2017 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: fd8b1ac3ed9ea8bba5ab47373cd803a9__1720186860
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/fd/a9/fd8b1ac3ed9ea8bba5ab47373cd803a9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Glass battery - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)