Силиконовый аккумулятор: Гелевый аккумулятор для автомобиля – стоит ли покупать?

Содержание

вот о чем стоит помнить в октябре — журнал За рулем

«Листья, как и люди, еще не готовы сдаться. Они крепко держатся за прошлое, и пусть не в их силах остаться зелеными, клянусь, они до последнего сражаются за место, которое так долго служило им домом».

Еще полвека назад октябрь знаменовался массовым уходом личного автотранспорта на зимнюю спячку. Сегодня всё не так: вопрос типа «Ездите ли вы зимой?» вряд ли будет понят. Человек садится в машину вне зависимости от времени года: он к этому привык.

Что ж, это хороший повод напомнить ему, что октябрь все-таки заметно отличается от того же июня, а потому в жизни водителя и автомобиля неизбежны некоторые перемены.

«Осень — это вторая весна, когда каждый лист — цветок».

Альбер Камю

Материалы по теме

То, что в сентябре лишь началось, к ноябрю уверенно набирает обороты. За окном все темнее, на улице все холоднее, а заморозки начинают хозяйничать все увереннее.

Да и опавших листьев на дорогах уже так много, что они порой заставляют скользить не хуже, чем по льду. Поэтому советую забыть про детские привычки резко рвать с места на светофорах и столь же лихо осаживать машину. В какой-то момент не спасут никакие ABS…

Про сезонную смену шин напоминать, наверное, излишне: сегодня это, к счастью, уже не подлежит обсуждению. Но меня всегда удивляло желание людей оттянуть посещение шиномонтажа до последней минуты. Да, до декабря еще далеко, но если на улице уже скользко, то какой смысл кивать на календарь? Впрочем, если очень хочется поторчать полночи в очереди, тогда дело другое…

Следующий момент — про… силикон! В том смысле, что после дневного дождичка и ночных заморозков утренняя поездка может несколько осложниться из-за того, что примерзли двери, боковые стекла, складывающиеся зеркала, лючок топливного бака и т.п. Экспертизы препаратов, противодействующих подобным неприятностям, мы проводим постоянно: выбирайте! Как обычно, хочу напомнить, что можно сильно сэкономить, если похитить из домашнего хозяйства пропитанную губку-подушечку для чистки ботинок.

«А я люблю российскую осень. Что-то необыкновенно грустное, приветливое и красивое. Взял бы и улетел куда-нибудь вместе с журавлями»

Антон Чехов

Материалы по теме

Грусть и приветливость осени не будут ощущаться через замызганное стекло. Омывайки в продаже полным-полно, но все-таки не хватайте первую попавшуюся, да еще и втридорога. На большинстве АЗС ценники не очень привлекательные, хотя внутри плещется, как правило, один и тот же, по сути, изопропил. Хотя встречаются и неплохие исключения. Оптимальный выбор — метанольная омывайка на каком-нибудь развале: и дешевле, и любой мороз спокойно перенесет. А вот изопропил утратит свою текучесть!

В октябре, скорее всего, сильных морозов все-таки не будет. Поэтому совет: используйте омывайку в надписью на этикетках типа «минус 10 

0С», но не более крепкую. Смысл простой: чем меньше в омывайке изопропилового спирта, тем слабее она, извините, воняет.

И еще: не стесняйтесь возить с собой тряпки — и побольше. Тем же дворникам нужно периодически помогать. Светотехника также должна светить достойно, а не пробиваться сквозь слои грязи. Да и кузов машины время от времени можно и нужно протирать — при этом очень рекомендуем пользоваться препаратами для «сухой мойки», которые мы недавно испытывали. Полноценную мойку они не заменят, но и в машину будет не противно садиться.

«Каждый год в тебе что-то умирает, когда с деревьев опадают листья, а их голые ветки беззащитно качаются на ветру в холодном зимнем свете. Но ты знаешь, что весна обязательно придет…»

Эрнест Хемингуэй

Кстати, о листве. Красиво — спору нет, но только не в воздухопритоках отопителя. Хорошо бы хоть изредка выбрасывать весь этот мусор — у многих он копится годами. В противном случае дышать будет, мягко говоря, затруднительно.

Материалы по теме

Аккумуляторные батареи недовольно ждут зиму. В общем-то, об их состоянии судить нетрудно уже сейчас: если пуск мотора не сопровождается заметным притуханием приборных огней и вялыми завываниями стартера, то проблем, наверное, нет. Косвенно можно ориентироваться и на возраст. Напоминаем: ожидаемый срок службы обычных батарей составляет 4–5 лет, для AGM заявляют 5–6 лет, а у исполинов духа типа AGM TPPL — от 8 до 12 лет. И если вы понимаете, что пенсионер свое честно отработал, — займитесь его заменой сейчас, до появления сугробов.

Октябрьское топливо не должно создавать каких-то проблем. Впрочем, время от времени можно разбавлять его осушителями, способными снижать вредное воздействие оказавшейся в нем воды.

В багажник советую бросить какую-нибудь теплую курточку — не дай Бог, пригодится. Как обычно, рекомендую постоянно возить с собой зарядник для сотового телефона — опять-таки, на крайний случай.

Всех желающих поделиться собственными проверенными «октябрьскими» советами, как обычно приглашаем высказаться. Счастливого пути!

  • Пять полезных китайских придумок для автомобиля на осень мы собрали тут.

Фото: Depositphotos

Как зарядить гелевый аккумулятор обычным зарядным устройством?

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 22-08-2020

Каждый, кто имеет автомобиль, мотоцикл или скутер, рано или поздно приобретает зарядное устройство, либо заимствует его у знакомых для подзарядки аккумуляторной батареи. В транспортных средствах наиболее часто установлены свинцово-кислотные аккумуляторы с жидким или абсорбированным электролитом (AGM). В системах резервного электроснабжения чаще используются гелевые аккумуляторы, которые также нуждаются в подзарядке. Только вот параметры заряда могут значительно отличаться от тех, которые подходят для автомобильных аккумуляторных батарей.

Пользователи часто имеют на руках самодельные или простейшие автомобильные зарядные устройства. Это порождает логичные вопросы: как зарядить гелевый аккумулятор обычным зарядным устройством? Можно ли использовать кустарные и автомобильные приборы? Какой допустимый ток заряда гелевого аккумулятора? Кратко пробежимся по этим вопросам.

Нужно ли использовать специальное ЗУ

Несмотря на значительные отличия, гелевые аккумуляторные батареи все еще являются свинцово-кислотными. Тем не менее, зарядка гелевых аккумуляторов с помощью обычных зарядных устройств не всегда допустима. Если говорить о кустарных ЗУ, то ответ очевиден: их не рекомендуется использовать ни для каких аккумуляторов.

Они не только не имеют достаточно “мозгов” для контроля процесса заряда, их работа может представлять опасность как для аккумуляторной батареи, так и для окружающего пространства. Если хотите обеспечить долгую работу аккумулятора, избавьтесь от такого пережитка прошлого, как самодельное зарядное устройство.

Если речь идет о простом автомобильном зарядном устройстве, пусть и фабричном, следует внимательно ознакомиться с выдаваемыми им характеристиками. Гелевые аккумуляторы являются наиболее чувствительными к параметрам заряда среди всех видов свинцово-кислотных АКБ. Ток и напряжение должны четко соответствовать параметрам, указанным на этикетке. Что произойдет, если заряжать гелевую АКБ неправильным способом? При длительном воздействии завышенных токов, аккумулятор может не справиться с избытком выделяемых газов и просто вздуется. Такая батарея непригодна для эксплуатации и должна быть отправлена в утиль. Аккумуляторы AGM несколько лучше справляются с данной проблемой, выпуская газы через предохранительные клапаны и просто теряя уровень электролита.

Хотя и там возможно вздутие. Только вызвать его не настолько просто.

Поэтому наиболее простым способом осуществить качественный заряд с нормальными параметрами без какого-либо контроля со стороны – это использовать соответствующее автоматическое зарядное устройство.

Правильная зарядка аккумулятора

Если уж Вы решили отказаться от приобретения соответствующего зарядного устройства, либо таковой возможности нет, придется думать о том, как правильно заряжать гелевый аккумулятор.

Обязательно следует узнать (при помощи средств индикации или вольтметра), какое напряжение выдает зарядное устройство. Многие гелевые аккумуляторы не допускают подачу на клеммы напряжения выше 14-14,5 вольт. Если прибор выдает больше и, при этом, встроенных средств регулировки нет, следует отказаться от заряда. Да, существует масса “народных” способов понизить выходное напряжение, но все это, как уже говорилось ранее, небезопасно.

Ток заряда традиционно не должен превышать десятую часть от емкости. Иногда допускаются более высокие значения на начальных стадиях зарядки, но по мере пополнения уровня заряда ток должен снижаться до минимальных значений. Все допустимые значения заряда, как всегда, отмечены на этикетке любой аккумуляторной батареи. При использовании зарядного устройства без “мозгов” процесс желательно контролировать. В случае отсутствия средств индикации контроль превратится в неприятную рутину.

Не стоит терять бдительность и при использовании умных зарядных устройств. Многие ЗУ имеют различные режимы работы. Обязательно на каком-нибудь приборе найдется режим быстрой зарядки, когда на клеммы подается повышенное напряжение и, как следствие, ток. Гелевая аккумуляторная батарея в таком случае может начать активно выделять газы и вздуться. Поэтому к подобным режимам стоит относиться с опаской. Куда лучше выставлять режим, который производители часто называют “хранение”. Данный режим, доступный на многих умных зарядных устройствах, предполагают заряд до невысокого напряжения (13,2 – 14В).

В таком режиме можно не только безопасно пополнить заряда, но и, к примеру, оставить АКБ на хранение за ненадобностью, поддерживая высокий уровень заряда. Отлично режим хранения, к примеру, реализован в зарядном устройстве Auto Welle AW05-1204. Данный прибор переходит в режим хранения автоматически. Заключается этот режим в поднятии напряжения заряда до 13,2В, после чего прибор ожидает саморазряд до 12,8В. Зафиксировав это значение, аккумулятор снова заряжается до 13,2В. Такой подход положительно скажется на сроке службы свинцово-кислотного аккумулятора любого типа.

Подведем итог. Никакого фокуса в правильной зарядке даже самых чувствительных гелевых аккумуляторов нет. Следует внимательно ознакомиться с допустимыми значениями тока и напряжения, и проверить данные параметры у зарядного устройства. Наиболее же разумным решением станет правильный подбор умного зарядного устройства, которое не только безопасно пополнит заряд аккумулятора, но и своевременно переведет его в режим хранения, поддерживая напряжение на высоком уровне до востребованности. Существует масса зарядных устройств, которые имеют предустановленные режимы для зарядки именно гелевых аккумуляторов. Используя такое ЗУ вместо кустарного, Вы не только освобождаете себя от необходимости контролировать процесс, но и заметно продлеваете срок службы батареи. Многие пользователи вынуждены заменять аккумулятор значительно раньше заявленного срока службы не потому что батарея плохая, а потому что эксплуатация производилась с нарушениями, и наиболее частым нарушением является несоблюдение требуемых параметров заряда.

Силиконовый чехол аккумулятор для детей игрушки цифровой видеокамеры

Идеальный день рождения, Рождество праздник подарки  Для мальчиков и девочек  В возрасте от 3~10. Дети могут пользоваться удовольствия от съемки и эта камера может оказать воображение детей, – хорошая игрушка для детей за пределами путешествий или ежедневно.
 
  • 8, 0 МП и 1080p HD видео:   дети цифровая камера оснащена двумя камерами, selfie доступен, передние и задние – 8, 0 МП, позволила значительно улучшить фотографии определение по сравнению с другими детьми камер на рынке. Toy видео камера может занять до 1920x1080P, оснащенных 4x цифровой зум, будет ясно прекрасный момент для мальчиков и девочек.
  • Множество функций, больше развлечений для детей:   новый детский фотоаппаратов и видеокамер поставляется с несколько функций, в зависимости от исходной фотографии, видео запись, воспроизведение, автоспуск, установки даты и фонарик. Также на фото и видео режима были добавлены 8 выбор сюжета и 4, зум для съемки будет привлекать детей к использованию и собственные счастливого часа.
  • Безопасный силикон и ударопрочность материала: Используйте экологичный мягкая силиконовая нетоксичного материала, защитная противоударная Shell, прочного и безопасного для детей, представить их в удобный способ принять фотографии или видеозаписи с камеры. Примечание: В детстве камера поставляется с 16ГБ карта памяти microSD.
  • Встроенный аккумулятор перезаряжаемый дети камеры:   Встроенный литиевый аккумулятор 3, 7 В, когда дети принимают детей камеры, просто откройте ключ из замка зажигания, затем получите удовольствие от фотографии, простой в использовании для ребенка. Важное примечание: Должна использоваться взрослыми или в рамках мониторинга взрослых.
  • Компактный размер и деликатный подарков для детей: только вес 95g и компактный небольшого размера 93*42*61мм, делает камеру – это удобный повсюду, упаковка включает в себя прочный ремешок для удобства транспортировки, дизайн для детей, чтобы подвесить мини-камеры на шее, просто запечатлеть сцену или животных на природе с семьей, опыт удовольствия от природы.
 

Технические характеристики:

Дисплей: 2 дюймов

Емкость аккумулятора: 610 Ма

Зарядное напряжение постоянного тока DC-5V/1A

Внешняя поддержка карт памяти SD: Макс. 32 ГБ карта памяти SD

Передняя и задняя крышка объектива: 3624*2448(8MP)

Передняя и задняя крышка объектива разрешение записи: 1920*1080p

Радио Record: Встроенный микрофон

Флэш: Закрыть/открыть/твердых

Баланс белого: Авто

Для хранения фотографий 300ps/ГБ

Для хранения видео: 5 мин/ГБ

 

Хороший партнер для детей
  • Запись детей в жизни
  • Разработать более творческий подход
  • Установить электронных изделий
  • Опыт – самое интересное в мире
  • Оставить в памяти

 

Cute Cartoon наклейки

Поставляются с cute Декоративные наклейки для ребенка для DIY. Наши дети будут не в полной мере развивать творческие способности thieir детей, их можно украсить их камеры с другими узлами в Интернете, и большой развлечений через него, и возможно, начала для удовлетворения и знать о своих новых друзей!

 

Пакет включены

1*дети камеры

1*кабель USB

1*16ГБ карта памяти

1*строп предохранительного пояса

1*мультфильм наклейки

1*Руководство пользователя







 

почему всё вокруг ломается / Хабр

Однажды у моего смартфона перестал заряжаться аккумулятор. Казалось бы, ничто не предвещало проблемы, ведь ещё накануне его заряда хватало примерно на два дня работы. Но внезапно посреди рабочего дня телефон стал бешено разряжаться. Я удивился и сразу подключил его к зарядному устройству. Через некоторое время, проверив его, я удивился ещё больше — уровень заряда не только не увеличился, но стал даже ниже, чем был раньше. Телефон разряжался быстрее, чем заряжался.

Уточню, что аккумулятор и зарядка были фирменные — от производителя, а сам телефон был одним из последних «флагманов», выпускаемых со съёмным аккумулятором. К сожалению, никакие танцы с бубном не помогли. Аккумулятор оживить не удалось, пришлось экстренно покупать новый.

Мы уже привыкли, что наши устройства периодически ломаются. Особенно, если они проработали немало лет. Размышляя об этом, я решил проверить — сколько же проработал аккумулятор в моём смартфоне. Нужно было узнать дату первого включения устройства. Нет ничего проще — в магазине, только распаковав новый смартфон, я сделал тестовую фотографию. Она всё ещё хранилась в памяти — достаточно было посмотреть её дату.

И знаете что? Аккумулятор «сдох» ровно через год после первого включения. Не примерно, а прямо день в день — число и месяц полностью совпали. Следующий аккумулятор перестал заряжаться точно так же — ровно через год после замены. Этот факт мог бы показаться странным совпадением, если бы мы не жили в пластмассовом недолговечном мире, где правит бал запланированное устаревание.

Старая техника повсюду / Фото Wikimedia Commons

А досочку мы незаметно подпилим

К сожалению, мы знаем, что техника ломается не случайно, а запланировано. Производителям невыгодно, чтобы их устройства работали вечно. Попользовались смартфоном максимум год-два, и будет вам — пожалуйте покупать новую модель.

Человечество придумало множество способов повышения надёжности техники и деталей. Но грамотный инженер, знающий как повысить надёжность, прекрасно представляет себе и как её искусственно понизить. Существует множество способов организации маленькой незаметной диверсии, которая приведёт к поломке сразу после окончания гарантийного срока на изделие. Весьма коварный план.

Самое обидное, что в дорогой технике часто ломается что-то совсем мелкое и незначительное. Какая-нибудь пластмассовая деталька. Производитель, может, и выражает готовность эту деталь заменить, но по такой цене, что мы невольно задумаемся: а нужно ли чинить старое устройство, может проще купить новое?

В статье «Электроника на один раз» приведён список основных методов организации запланированного устаревания:

  • Специальные микросхемы-счётчики, которые хранят статистику операций. Например, количество напечатанных на принтере страниц. Как только счётчик достигнет заранее заданного порога, устройство внезапно «случайно» выходит из строя.

  • Использование дешёвых ненадёжных материалов. Выбираем какую-нибудь важную механическую деталь, без которой функционирование устройства становится невозможным, и делаем её из недолговечной пластмассы (у меня в шкафу лежит один хороший объектив, который вышел из строя по причине поломки маленькой пластмассовой шестерёнки раскрытия диафрагмы).

  • Несъёмный аккумулятор (действительно, если бы аккумулятор в моём телефоне был встроенным, мне бы не оставалось ничего другого, кроме как купить новое устройство).

  • Неразборный корпус. Тут прямо простор для фантазии. Например, можно использовать клей или сварку вместо винтов. Если винты всё же есть, то сделаем у них уникальный рисунок головки, чтобы выкрутить их могли только в сервисном центре.

  • Несовместимость с новыми компонентами. Интересный пример из той же статьи: разъём на материнской плате для установки процессоров Intel Core первого поколения имеет 1156 контактов (LGA 1156), а процессоров Intel Core второго поколения — 1155 (LGA 1155). Инженеры гордо отрапортовали, что «оптимизировали» количество разъёмов, а пользователям для замены процессора нужно приобретать новую материнскую плату.

Здесь перечислены только самые частые способы. Кто знает, что ещё придумали производители? Главное, чтобы эти способы были незаметными и неочевидными — потребителям вряд ли понравится явное ограничение срока службы приобретаемого ими устройства.

Сначала шутка, потом — суровая реальность

А ведь были времена, когда купив, скажем, граммофон, потребитель был уверен в том, что тот будет функционировать годами. Вещи делали такими надёжными, что ими могло пользоваться не одно поколение. Наверняка у вас есть такие изделия прошлого века, которые работают и работают, даже не думая ломаться. Качественные материалы, надёжная сборка, продуманная конструкция — всё это стандарты производства, которые в современном мире ушли в прошлое.

Идея запланированного устаревания родилась ещё в начале XX века — во времена Великой депрессии. В 1932 году Бернард Лондон написал сатирический памфлет «Конец депрессии через планируемое устаревание». Он в шутку предложил обязать потребителей возвращать товар производителю через определённый промежуток времени. Всё это могло бы оживить экономику и обеспечить заработок для множества безработных. В те времена это казалось смешным, в наше время это уже норма — вспомните про государственные программы утилизации автомобилей и другой техники.

На самом деле Бернард Лондон просто описал концепцию, до которой в те времена уже додумались многие производители. Широко известный пример — это так называемый картель Phoebus. В 20-х годах прошлого века производители электронного оборудования (в него, например, входили Philips и General Electric) заключили тайный договор об искусственном снижении срока службы ламп накаливания с 2500 до 1000 часов. Ну и заодно решили поднять на них цены. Представители картеля даже проводили регулярное тестирование ламп, выпущенных его участниками. Если лампа случайно не перегорала через положенные 1000 часов, то на её производителя накладывался штраф.

Так что идея намеренного изготовления некачественной продукции родилась ещё век назад. Компании, которые по старинке делали надёжную технику, постепенно разорялись. Их место занимали компании, которые вовремя поняли, что потребитель не купит новое устройство, пока у него работает старое.

В наши дни эта идея получила новый виток развития — если правильно организовать маркетинговую кампанию, то потребитель может захотеть купить новую модель даже в том случае, если старая ещё вполне работоспособна: «Что это я буду как лох с прошлогодним айфоном ходить?!»

Эта музыка не будет вечной

До сих пор мы говорили только про устройства и технику. А ведь совсем не сложно организовать планируемое устаревание приложения или, например, операционной системы. Что если ошибки и ненадёжность всеми нами «горячо любимой» ОС — это не просто следствие некачественной разработки?

В любой операционной системе можно организовать незаметное накопление мусора, который постепенно будет замедлять её работу. Всегда можно «забыть» удалить неиспользуемые объекты в реестре или файлы на диске, «случайно» оставить старые версии компонентов. Да мало ли что можно придумать — главное, чтобы это было незаметно для пользователя. Работа системы будет постепенно замедляться и в какой-то момент потребитель задумается о приобретении новой версии системы, надеясь, что все недостатки в ней волшебным образом исчезнут.

С помощью программ также можно «помочь» устареванию периферийных устройств. Тут даже ничего не придётся делать — достаточно просто перестать выпускать обновления драйверов для новых версий операционных систем. Со сменой системы пользователь вынужден будет сменить и устройство — ведь без драйверов оно просто перестанет работать. А самостоятельно написать драйвер может далеко не каждый.

Точно также устаревают и обычные приложения. Хотя обычно большинство приложений продолжают работать в новой версии операционной системы, иногда встречаются программы, которые просто перестают запускаться. Приходится запускать их в виртуальной машине, а на это тоже способны далеко не все пользователи.

Дальше действовать будем мы

Как же нам вернуть надёжность нашей технике, как заставить производителей снова выпускать качественные и долговечные устройства?

Есть несколько путей решения проблемы планируемого устаревания:

  1. Юридический. Многие страны сейчас принимают законы, которые не просто защищают права потребителей, но явно противодействуют запланированным поломкам. В США в 2003 году суд не только обязал компанию Apple увеличить гарантийный срок службы плееров iPod до двух лет, но и выплатить потребителям компенсацию за несъёмный аккумулятор. В Великобритании специальная организация пристально изучает случаи массовой поломки устройств сразу после окончания срока службы.

  2. Развитие здоровой конкуренции. Считается, что на рынке с высокой конкурентностью производителям становится невыгодно производить недолговечные вещи. Ведь надёжность — это один из тех факторов, которые заставляют потребителей выбрать товар другой марки. В 60-х годах XX века на американский рынок пришли японские производители автомобилей, которые славились своим высоким качеством. Американские производители были вынуждены срочно увеличить срок службы своих автомобилей, иначе они бы просто проиграли в конкурентной борьбе.

  3. Экологический. Планируемое устаревание — это прежде всего горы устаревшей техники на свалках по всему миру. Эти устройства вполне могли бы ещё продолжать работать, если бы производители позаботились об упрощении и удешевлении их ремонта. В современном мире потребителю проще купить новый смартфон, чем отремонтировать треснувший экран. В некоторых странах производителей уже обязали принимать и утилизировать старые аккумуляторы и элементы питания. Есть подобные правила и в отношении самих устройств. Если производитель будет обязан за свой счёт выполнять утилизацию старой техники, то он сто раз подумает, так ли уж ему нужно, чтобы устройства быстрее ломались.

  4. Пользовательская стратегия. Наконец, мы с вами можем самостоятельно давить на производителя. Не стесняться пользоваться гарантией, пока она ещё действует. Не покупать новые устройства, пока не вышли из строя старые. Приучать себя ухаживать за техникой, ремонтировать старые устройства в случае незначительных поломок. Стараться выбирать долговечные товары. Ну и, конечно, в меру своих сил и возможностей разоблачать уловки производителей.

Хекль Вольфганг, автор книги «Новая жизнь старых вещей», пишет: «Для многих материалов существует правило: чем дороже, тем долговечнее. Конечно, потребитель не всегда может купить качественные товары с длительным сроком службы, просто потому что их уже не существует или они стали редкостью. Однако ситуация изменится, если мы начнём ценить товары, долговечность которых оправдает их высокую цену».

Возможно, когда-нибудь наши вещи и устройства перестанут разваливаться и выходить из строя от малейшего воздействия. Когда-нибудь корпуса приборов снова начнут делать из прочного металла, а не из хрупкой некачественной пластмассы. Когда-нибудь производители снова будут стараться увеличить надёжность вещей, а не искусственно её уменьшать. Когда-нибудь сроки гарантии на сложную технику будут исчисляться десятилетиями. Когда-нибудь в рекламных роликах новых гаджетов снова появятся слова «ремонтопригодность», «надёжность» и «долговечность». Очень хочется в это верить.

Статья была впервые опубликована на другом ресурсе 27 августа 2021.

Что ещё почитать по теме:

Как работает батарея в вашем смартфоне и что делать, чтобы гаджет не взорвался

Время автономной работы — важный аспект, на который мы обращаем внимание при выборе нового смартфона. Ведь возможность проработать полтора-два дня без подключения к розетке — весомый довод в пользу того или иного аппарата. Но такие показатели сегодня демонстрируют далеко не все гаджеты. Разбираемся, каким образом работают аккумуляторы в современной технике, каких типов могут быть батареи в них, а также вспоминаем простые правила, которые позволят сохранить целостность аккумулятора смартфона, планшета или ноутбука дольше.

Как вообще работают аккумуляторы и каким образом с этим помогают песочные часы

Литийионные аккумуляторы — самые распространенные. Они применяются практически во всей мобильной технике — от ноутбуков со смартфонами и планшетами до геймпадов игровых консолей. И да, сразу разрушим устоявшийся миф о том, что новый телефон сперва стоит полностью разрядить, потом восполнить энергию до 100%, после чего им можно пользоваться.

Очевидно, что это не так — во всяком случае для современной техники. Подобные манипуляции еще каким-то образом можно оправдать в отношении железоникелевых или никелево-металлогидридных аккумуляторов, для которых так называемый эффект памяти был актуален: это было обусловлено материалами, которые применялись в их внутренней структуре. Но для литийионных батарей эти правила не действуют (ну или почти не действуют).

Но обо всем по порядку. Все аккумуляторы работают за счет химических реакций по обмену электронами между атомами. Если упростить, одно вещество отдает другому электроны, и во время подобного обмена выделятся энергия. Так что утверждать, пусть и на бытовом уровне, что аккумуляторы (те же пауэрбанки) являются простыми «хранилищами» энергии, заполняемыми до предела, не до конца верно.

Более уместный пример — песочные часы, в которых вместо песка как раз используются электроны. Вспоминаем школьный курс физики: электроны — это составная часть атомов. Последние состоят из ядра, включающего нейтроны и протоны, и вращающихся возле них электронов.

Важно упомянуть: электроны — это отрицательно заряженные частицы, протоны — положительно заряженные, нейтроны — нейтрально заряженные. И такие «положительные» и «отрицательные» частицы постоянно стремятся к равновесию, то есть притягиваются друг к другу. Вот и получается (в суперупрощенном виде), что в условных песочных часах в одной половине находятся «плюсы», а в другой — «минусы». И в процессе их перемещения возникает электрический ток.

Если бы мы говорили про простую батарейку, процесс был бы необратим. То есть в какой-то момент частицы пришли бы в равновесное состояние (нейтральное), и энергия бы больше не возникала. Но в аккумуляторе можно попытаться заново разделить атомы на положительные ионы и отрицательные электроны — по сути, перегнать «плюсы» и «минусы» в свои части весов. Другими славами, запустить весь процесс заново.

Если говорить техническим языком, в литийионном аккумуляторе есть два электрода: положительный и отрицательный, катод и анод. Популярным материалом для «минуса» выступает графит, для «плюса» — оксид кобальта. В графите заключены атомы лития, которые оксид кобальта стремится притянуть. Этому мешает жидкий электролит, переносящий только положительный заряд.

Аккумулятор подключается к системной плате «плюсом» и «минусом» к соответствующим контактам, и в этот момент между катодом и анодом электроны лития выскальзывают из ловушки и через все компоненты устройства идут к кобальту (вот и электрический ток). Тем временем потерявший электрон литий становится положительным ионом и проходит через электролит, встраиваясь в оксид кобальта.

В общем, суть остается неизменной: при подключении к внешнему питанию в аккумуляторной батарее стартует химическая реакция по возвращению электронов и лития в графитовый анод (то есть на «минус»). Так и происходит процесс зарядки девайсов.

Похоже, литийионные аккумуляторы с нами надолго

У нас уже выходил отдельный материал, в котором подробно рассказывалось о перспективах развития «аккумуляторного дела», с приходом инноваций в который емкость аккумуляторов кратно увеличится при сохранении их размеров, опасность возгорания (об этом подробнее немного позднее) снизится, да и заряжаться такие батареи смогут за секунды.

Кажется, до таких радужных перспектив прогрессу еще далеко. Во всяком случае о прорывных «батарейных» технологиях со схожими свойствами, которые применялись бы в бытовом плане, а не в узкоспециализированном, пока говорят мало. Есть несколько экспериментальных вариантов, обещающих улучшить эффективность аккумуляторных батарей, но пока речь там идет только о предсерийных образцах без массовых сборочных линий.

Кобальт — наше все? И при чем тут Конго

Но и литийионных аккумуляторов существует несколько разновидностей. Да, в смартфонах и другой мобильной технике чаще всего применяются описанные выше батареи с «сердцевиной» из графита и кобальта — вероятно, сейчас вы просматриваете этот материал с устройства с именно такой батареей. Но с кобальтом в последнее время не все так просто.

Порядка 60% разведанных запасов кобальта находятся в Конго, куда менее обширные запасы разбросаны по планете — например, на территории Австралии, на Кубе, Филиппинах, есть месторождения в США, России, Китае, Канаде, Казахстане, Франции. Но основная проблема заключается в том, что запасы конечны. А с учетом быстрорастущего рынка электромобилей истощение происходит еще стремительнее. Несколько лет назад Китай даже попытался установить контроль над мировыми поставками кобальта (основные мощности по переработке кобальта находятся именно там): настолько ценным является ресурс.

В такой ситуации цены на него растут. В сети утверждают, что кобальт обходится едва ли не вдвое дороже никеля, в 15 раз дороже алюминия и в 1000 раз дороже марганца. Но есть альтернативы: на сегодня известно о шести типах литийионных аккумуляторов, которые различают по материалу катода:

  • литий-кобальтовые;
  • литий-марганцево-оксидные;
  • литий-никель-марганец-кобальт-оксидные;
  • литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные;
  • литий-железо-фосфатные;
  • литий-титанат-оксидные.

Некоторые варианты после литий-кобальтовых аккумуляторов выглядят перспективнее. Одни выдерживают больше циклов «перезаписи» электронов, то есть циклов перезарядки, другие способны работать в более широких температурных диапазонах, а еще они долговечнее. Но опять же, несмотря на все преимущества в сравнении с «чисто кобальтовыми» аккумуляторными батареями, производство тех же литий-титанатных вариантов (по сути, самых продвинутых) обходится еще на порядок дороже. Поэтому их используют в лучшем случае в каких-нибудь общественных установках — например, в электробусах.

Иногда ставят на литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы (укороченное название — NMC). Они более энергоемкие, выдерживают порядка 2 тыс. циклов перезарядки (кратно больше, чем у литий-кобальтовых) и могут работать в широких температурных диапазонах (за счет чего их любят производители электрокаров). Но, похоже, массовости в микроэлектронике у технологии пока нет — во всяком случае о планах какой-либо из крупных компаний установить подобные батареи в смартфоны информация почти отсутствует. Вероятно, все из-за того, что некоторые модификации NMC-аккумуляторов вполне стабильны, а другие, с чуть измененными характеристиками — уже не настолько (из-за окисления). Хотя это только теория.

Почему аккумуляторы взрываются?

Итак, литий-кобальтовые аккумуляторы, во всяком случае в гаджетах, пока главенствуют. Но довольно часто появляются новости, что смартфоны воспламеняются едва ли не в руках у пользователей. Получается, технология опасна?

На самом деле чаще всего дело во вспламенившейся батарее (причем именно кобальтового типа). Такое может произойти при физическом повреждении самого аккумулятора (скажем, если смартфон упал с высоты) или перегреве. Последнее случается, когда в процессе зарядки поступающее напряжение продолжает поддерживать химическую реакцию (вспоминаем про стремящиеся друг к другу катоды и аноды), даже если аккумулятор уже поврежден или есть сбои в контроллере питания.

Один участок становится слишком горячим, электролит нагревает компоненты батареи, ее корпус трескается. Важно понимать: мини-взрывы случаются крайне редко, чаще всего аккумулятор просто вздувается. Ситуацию можно сравнить с падениями самолетов: каждый раз подобное вызывает небывалый резонанс, однако в целом авиатранспорт считается одним из самых безопасных. Однако если попытаться воздействовать на такую «битую» батарею самостоятельно, заранее не обесточив другие компоненты, то девайс действительно может воспламениться и причинить вред. Таким образом, при первых признаках вздутия несите телефон (планшет, ноутбук, другой гаджет) в сервис.

Есть мнение, что к подобным «перегревам» приводят блоки питания с повышенной мощностью, которые начали распространяться в последние несколько лет. Но подтверждения этой версии отсутствуют. На самом деле до сих пор до конца не понятно, насколько сильно ускоренная зарядка влияет (или не влияет) даже на основные характеристики аккумулятора вроде скорости его износа.

В целом если пользоваться смартфоном или другим «умным» устройством по два-три года, то разницу в скорости деградации аккумулятора заметить вряд ли получится. А после этого срока вы, вероятно, либо уже купите другой телефон, либо просто замените в своем устройстве батарею (более демократичный по цене вариант).

Советы, как заряжать смартфон правильно (и стоит ли этим заморачиваться)

Об этом у нас также выходил отдельный материал. Напомним основные тезисы и добавим кое-что новое.

  • Правильнее всего заряжать смартфон в пределах 20—80% емкости аккумулятора. Это обеспечивает оптимальные условия для долголетия батареи. Это понимают и сами производители: многие современные модели изначально настроены так, чтобы они заряжались до 80% и только потом, поняв, что девайсом в это время не пользуются, на более низкой скорости восполняли запас энергии до 100%. Это касается и ноутбуков.
  • Можно ли оставлять телефон (или другой «умный» гаджет) на зарядке на всю ночь? Можно. Что в самом устройстве, что в адаптере питания устанавливаются уже упоминавшиеся контроллеры питания, не позволяющие принять больше энергии, чем необходимо. Правда, по этой причине стоит использовать только фирменные либо сертифицированные адаптеры питания. В «серых» блоках, продающихся в условном переходе, контроллеров просто может не оказаться — тогда появляется теоретическая опасность описанного выше возгорания.
  • Можно ли пользоваться телефоном во время подзарядки? Прямых ограничений нет, но есть нюанс. В теории лучше отказаться от запуска «тяжелых» программ вроде AAA-игр, и так нагревающих внутренние компоненты устройства. Во время подзарядки батарея также нагревается, и при неудачном стечении обстоятельств может случиться общий перегрев. Но опять же: если аккумулятор механически не поврежден, риски возгорания минимальны. Просто такой подход усиливает естественную деградацию батареи.
  • А беспроводная зарядка может как-то навредить? Не больше, чем проводная — опять же если используются сертифицированные зарядные устройства. Никакой корреляции между беспроводным способом восполнения энергии и проводным с точки зрения безопасности не замечено. Скорее всего, по «беспроводу» процесс займет немного больше времени.
  • Пункты выше кажутся слегка чрезмерными? Основная мысль такая: скорее всего, естественная деградация аккумулятора устройства (обычно современные аппараты рассчитаны на 500 таких полных циклов) произойдет быстрее, чем пользователь успеет навредить батарее режимами вроде ускоренной подзарядки. Легче через пару-тройку лет заменить батарею на новую, когда после 500 таких циклов емкость снизится примерно до 80%.

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. [email protected]

Твердотельные кремниевые батареи могут работать дольше и заряжаться быстрее

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего при поддержке LG Energy сделали многообещающее открытие, касающееся двух популярных типов аккумуляторных технологий. Они создали твердотельную батарею с полностью кремниевым анодом, которая потенциально может обеспечить длительный срок службы, высокую плотность энергии и быструю зарядку, что потенциально делает электромобили дешевле и практичнее.

Кремний является очень желательным анодным материалом, поскольку его плотность энергии более чем в десять раз выше, чем у современных графитовых анодов. Проблема заключается в том, что кремниевые аноды имеют тенденцию быстро расширяться и разрушаться по мере зарядки и разрядки батареи, особенно с жидкими электролитами, используемыми в настоящее время в литий-ионных элементах. Эта проблема помогла удержать их от коммерческих аккумуляторов.

Между тем, проблема с твердотельными батареями (с твердыми электролитами вместо жидких) заключается в том, что в них используются металлические литиевые аноды, которые во время зарядки должны поддерживаться при повышенных температурах (140 градусов по Фаренгейту).Это делает их менее практичными в холодную погоду, требуя обогревателей, которые потребляют ценную энергию.

Решением обеих этих проблем является кремниевый анод особого типа в твердотельной батарее. Они устранили углерод и связующие вещества, обычно используемые в кремниевых анодах, и заменили жидкий электролит твердым электролитом на основе сульфидов.

С этими изменениями они продемонстрировали, что полностью кремниевые аноды были намного более стабильны в твердом электролите, сохраняя 80-процентную емкость после 500 циклов зарядки и разрядки, выполненных при комнатной температуре.По словам команды, это также позволило увеличить скорость зарядки по сравнению с предыдущими батареями с кремниевым анодом.

Команда уже передала лицензию на технологию компании Unigrid battery, и LG Energy Storage планирует расширить исследование. По словам ведущего автора Даррена Х.С., эта работа особенно перспективна для хранения данных в сети. Тан. Тем не менее, он все еще находится на экспериментальной стадии, и «предстоит еще много работы», признала команда. И, конечно же, многие аккумуляторы, которые отлично работают в лабораториях, не работают в реальном мире.Статья была опубликована в журнале Science, а также ранее появилась на Arxiv.

 

Все продукты, рекомендованные Engadget, выбираются нашей редакционной группой независимо от нашей материнской компании. Некоторые из наших историй содержат партнерские ссылки. Если вы покупаете что-то по одной из этих ссылок, мы можем получить партнерскую комиссию.

Ученые точно показывают, как терпит крах многообещающий подход к улучшению аккумуляторов — ScienceDaily

Кремний является одним из основных продуктов цифровой революции, передавая множество сигналов на устройство, которое, вероятно, находится всего в нескольких дюймах от ваших глаз в этот самый момент.

Теперь тот же дешевый материал в изобилии становится серьезным кандидатом на большую роль в растущем бизнесе аккумуляторов. Это особенно привлекательно, потому что он способен удерживать в 10 раз больше энергии в важной части батареи, аноде, чем широко используемый графит.

Но не так быстро. В то время как кремний имеет хорошую репутацию среди ученых, сам материал набухает, когда он является частью батареи. Он разбухает так сильно, что анод отслаивается и трескается, в результате чего батарея теряет способность удерживать заряд и в конечном итоге выходит из строя.

Теперь ученые впервые стали свидетелями этого процесса, важного шага к тому, чтобы сделать кремний жизнеспособным выбором, который может улучшить стоимость, производительность и скорость зарядки аккумуляторов для электромобилей, а также сотовых телефонов, ноутбуков, смарт-часов и других гаджетов.

«Многие люди представляли, что может происходить, но никто на самом деле не продемонстрировал этого раньше», — сказал Чонгмин Ван, ученый из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики.Ван является соавтором статьи, недавно опубликованной в Nature Nanotechnology.

силиконовых анодов, стаканчиков с арахисовым маслом и упакованных авиапассажиров

Ионы лития — это энергетическая валюта в литий-ионном аккумуляторе, перемещающаяся туда и обратно между двумя электродами через жидкость, называемую электролитом. Когда ионы лития попадают в анод, сделанный из кремния, они прокладывают себе путь в упорядоченную структуру, толкая атомы кремния вбок, как толстый авиапассажир, протискивающийся на среднее сиденье в переполненном самолете. Это «выдавливание лития» приводит к тому, что анод увеличивается в три или четыре раза по сравнению с первоначальным размером.

Когда ионы лития уходят, все не возвращается на круги своя. Пустые места, известные как вакансии, остаются. Смещенные атомы кремния заполняют многие, но не все вакансии, как пассажиры, быстро занимающие пустое место, когда средний пассажир направляется в туалет. Но ионы лития возвращаются, снова проталкиваясь внутрь. Процесс повторяется, когда ионы лития носятся между анодом и катодом, а пустые места в кремниевом аноде сливаются, образуя пустоты или зазоры.Эти промежутки приводят к выходу из строя батареи.

Ученые знали об этом процессе много лет, но до этого они не были свидетелями того, как именно он приводит к выходу из строя батареи. Некоторые связывают неудачу с потерей кремния и лития. Другие винят в утолщении ключевого компонента, известного как граница твердого электролита или SEI. SEI представляет собой тонкую структуру на краю анода, которая является важным шлюзом между анодом и жидким электролитом.

В своих экспериментах команда наблюдала, как вакансии, оставленные ионами лития в кремниевом аноде, превращались во все большие и большие зазоры.Затем они наблюдали, как жидкий электролит стекает в зазоры, словно крошечные ручейки вдоль береговой линии, проникая в кремний. Этот приток позволил SEI развиться в областях внутри кремния, где его быть не должно, молекулярному захватчику в той части батареи, где ему не место.

Это создало мертвые зоны, нарушило способность кремния накапливать литий и разрушило анод.

Представьте себе чашку с арахисовым маслом в первозданном виде: шоколад снаружи отличается от мягкого арахисового масла внутри.Но если слишком долго держать его в руке слишком тугим хватом, внешняя оболочка размягчается и смешивается с мягким шоколадом внутри. У вас остается одна беспорядочная масса, структура которой необратимо изменена. У вас больше нет настоящей чашки с арахисовым маслом. Точно так же после того, как электролит и SEI проникли в кремний, у ученых больше нет работоспособного анода.

Команда стала свидетелем того, как этот процесс начался сразу после всего одного цикла разряда батареи. После 36 циклов способность батареи удерживать заряд резко упала.После 100 циклов анод разрушился.

Изучение перспектив кремниевых анодов

Ученые работают над способами защиты кремния от электролита. Несколько групп, в том числе ученые из PNNL, разрабатывают покрытия, призванные действовать как привратники, позволяя ионам лития входить и выходить из анода, останавливая другие компоненты электролита.

Ученые из нескольких учреждений объединили свой опыт для выполнения этой работы. Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории создали кремниевые нанопровода, используемые в исследовании.Ученые PNNL работали вместе с коллегами из Thermo Fisher Scientific над модификацией криогенного просвечивающего электронного микроскопа, чтобы уменьшить повреждение от электронов, используемых для визуализации. А ученые Университета штата Пенсильвания разработали алгоритм для моделирования молекулярного взаимодействия между жидкостью и кремнием.

В целом команда использовала электроны для создания изображений процесса со сверхвысоким разрешением, а затем реконструировала изображения в 3D, подобно тому, как врачи создают 3D-изображение конечности или органа пациента.

«Эта работа предлагает четкую дорожную карту для разработки кремния в качестве анода для аккумуляторов большой емкости», — сказал Ван.

В PNNL работа является частью широкой исследовательской программы по изучению кремниевых анодов, включая оригинальные материалы, такие как покрытия, новые способы изготовления устройств и новый электролит, который увеличивает срок службы батареи.

Помимо Вана, другими авторами статьи из PNNL являются Ян Хэ, Яобинь Сюй, Хайпин Цзя, Ран И, Мяо Сун, Сяолинь Ли (также автор-корреспондент) и Цзи-Гуан (Джейсон) Чжан.

Новая твердотельная батарея удивляет создавших ее исследователей

Слева направо:
1) Полностью твердотельная батарея состоит из катодного композитного слоя, сульфидного слоя твердого электролита и безуглеродистого микрокремниевого анода.
2) Перед зарядкой дискретные микрочастицы кремния составляют энергетически плотный анод. Во время зарядки аккумулятора положительные ионы лития перемещаются от катода к аноду, и формируется стабильный 2D-интерфейс.
3) Чем больше ионов лития попадает в анод, тем больше ионов лития вступает в реакцию с микрокремнием, образуя взаимосвязанные частицы литий-кремниевого сплава (Li-Si).Реакция продолжает распространяться по всему электроду.
4) Реакция вызывает расширение и уплотнение частиц микрокремния, образуя плотный электрод из сплава Li-Si. Механические свойства сплава Li-Si и твердого электролита играют решающую роль в поддержании целостности и контакта вдоль двумерной межфазной плоскости.

23 сентября 2021 г. — Инженеры создали аккумулятор нового типа, который объединяет два многообещающих подполя аккумуляторов в один аккумулятор. В батарее используется как твердотельный электролит, так и полностью кремниевый анод, что делает ее полностью кремниевой твердотельной батареей. Первые этапы испытаний показали, что новая батарея безопасна, долговечна и энергоемка. Он обещает широкий спектр применений от энергосистемы до электромобилей.

Технология аккумуляторов описана в выпуске журнала Science от 24 сентября 2021 года. Наноинженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего возглавили исследование в сотрудничестве с исследователями из LG Energy Solution.

Кремниевые аноды

славятся своей плотностью энергии, которая в 10 раз выше, чем у графитовых анодов, наиболее часто используемых в современных коммерческих литий-ионных батареях.С другой стороны, кремниевые аноды печально известны тем, как они расширяются и сжимаются при зарядке и разрядке аккумулятора, а также тем, как они разлагаются в жидких электролитах. Эти проблемы не позволили использовать полностью кремниевые аноды в коммерческих литий-ионных батареях, несмотря на заманчивую плотность энергии. Новая работа, опубликованная в журнале Science, предлагает многообещающий путь вперед для полностью кремниевых анодов благодаря правильному электролиту.

«С этой конфигурацией батареи мы открываем новую территорию для твердотельных батарей, использующих аноды из сплава, такого как кремний», — сказал Даррен Х.С. Тан, ведущий автор статьи. Недавно он защитил докторскую диссертацию по химическому машиностроению в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего и стал соучредителем стартапа UNIGRID Battery, который лицензировал эту технологию.

В твердотельных батареях нового поколения с высокой плотностью энергии всегда использовался металлический литий в качестве анода. Но это накладывает ограничения на скорость заряда батареи и необходимость повышенной температуры (обычно 60 градусов Цельсия или выше) во время зарядки. Кремниевый анод преодолевает эти ограничения, обеспечивая гораздо более высокую скорость заряда при температуре от комнатной до низких, сохраняя при этом высокую плотность энергии.

Команда продемонстрировала полный элемент лабораторного масштаба, который обеспечивает 500 циклов зарядки и разрядки с сохранением емкости на 80% при комнатной температуре, что представляет собой впечатляющий прогресс как для производителей кремниевых анодов, так и для твердотельных аккумуляторов.

Кремний в качестве анода для замены графита

Кремниевые аноды, конечно, не новы. На протяжении десятилетий ученые и производители аккумуляторов рассматривали кремний как энергоемкий материал, который можно смешать с обычными графитовыми анодами в литий-ионных аккумуляторах или полностью заменить их.Теоретически кремний предлагает примерно в 10 раз большую емкость хранения, чем графит. Однако на практике литий-ионные батареи с кремнием, добавленным к аноду для увеличения плотности энергии, обычно страдают от реальных проблем с производительностью: в частности, количество раз, когда аккумулятор можно заряжать и разряжать при сохранении производительности, недостаточно велико.

Большая часть проблемы вызвана взаимодействием между кремниевыми анодами и жидкими электролитами, с которыми они были соединены.Ситуация осложняется большим объемным расширением частиц кремния при заряде и разряде. Это приводит к серьезным потерям мощности с течением времени.

«Исследователям батарей жизненно важно решить основные проблемы в системе. Для кремниевых анодов мы знаем, что одной из больших проблем является нестабильность интерфейса жидкого электролита», — сказала профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Ширли Менг, соответствующий автор научной статьи и директор Института исследования и дизайна материалов в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Диего.«Нам нужен был совершенно другой подход, — сказал Мэн.

Действительно, группа под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего применила другой подход: они отказались от углерода и связующих, которые поставлялись с полностью кремниевыми анодами. Кроме того, исследователи использовали микрокремний, который меньше обрабатывается и дешевле, чем нанокремний, который используется чаще.

Полностью твердотельное решение

В дополнение к удалению всего углерода и связующих веществ с анода команда также удалила жидкий электролит.Вместо этого они использовали твердый электролит на основе сульфидов. Их эксперименты показали, что этот твердый электролит чрезвычайно стабилен в батареях с полностью кремниевыми анодами.

«Эта новая работа предлагает многообещающее решение проблемы кремниевых анодов, хотя предстоит еще много работы, — сказал профессор Мэн. — Я рассматриваю этот проект как подтверждение нашего подхода к исследованиям аккумуляторов здесь, в Калифорнийском университете в Сан-Диего. строжайшая теоретическая и экспериментальная работа с творческим подходом и нестандартным мышлением.Мы также знаем, как взаимодействовать с отраслевыми партнерами, решая сложные фундаментальные задачи». 

Прошлые усилия по коммерциализации анодов из кремниевых сплавов в основном были сосредоточены на кремний-графитовых композитах или на сочетании наноструктурированных частиц с полимерными связующими. Но они все еще борются с плохой стабильностью.

Заменив жидкий электролит твердым электролитом и одновременно удалив углерод и связующие вещества с кремниевого анода, исследователи избежали ряда связанных проблем, возникающих, когда аноды пропитываются органическим жидким электролитом во время работы батареи. .

В то же время, устранив углерод в аноде, команда значительно уменьшила межфазный контакт (и нежелательные побочные реакции) с твердым электролитом, избегая постоянной потери емкости, которая обычно происходит с жидкими электролитами.

Этот шаг, состоящий из двух частей, позволил исследователям в полной мере воспользоваться преимуществами низкой стоимости, высокой энергии и экологически безопасных свойств кремния.

Воздействие и коммерциализация побочного продукта

«Твердотельный кремниевый подход преодолевает многие ограничения в обычных батареях.Это открывает для нас захватывающие возможности для удовлетворения рыночных потребностей в более высоких объемах энергии, сниженных затратах и ​​более безопасных батареях, особенно для хранения энергии в сети», — сказал Даррен Х. С. Тан, первый автор научной статьи.

Твердые электролиты на основе сульфидов часто считались очень нестабильными. Однако это было основано на традиционных термодинамических интерпретациях, используемых в системах с жидким электролитом, которые не учитывали превосходную кинетическую стабильность твердых электролитов.Команда увидела возможность использовать это нелогичное свойство для создания высокостабильного анода.

Тан — генеральный директор и соучредитель стартапа UNIGRID Battery, который лицензировал технологию для этих кремниевых полностью твердотельных батарей.

Параллельно в Калифорнийском университете в Сан-Диего будет продолжена соответствующая фундаментальная работа, в том числе дополнительные исследования в сотрудничестве с LG Energy Solution.

«Компания LG Energy Solution рада, что последние исследования в области аккумуляторных технологий, проведенные совместно с Калифорнийским университетом в Сан-Диего, были опубликованы в журнале Science, что является значительным признанием», — сказал Мьюнг-хван Ким, президент и главный директор по закупкам LG Energy Solution. «С последним открытием LG Energy Solution намного приблизилась к реализации технологий полностью твердотельных аккумуляторов, которые значительно разнообразят нашу линейку аккумуляторов».

«Являясь ведущим производителем аккумуляторов, LGES продолжит свои усилия по внедрению передовых технологий в ведущих исследованиях аккумуляторных элементов следующего поколения», — добавил Ким. LG Energy Solution заявила, что планирует и дальше расширять сотрудничество в области исследований твердотельных аккумуляторов с Калифорнийским университетом в Сан-Диего.

Исследование проводилось при поддержке открытой инновационной программы LG Energy Solution, которая активно поддерживает исследования, связанные с батареями.LGES работает с исследователями по всему миру, чтобы развивать соответствующие методы.

Название статьи

«Безуглеродные кремниевые аноды с высокой нагрузкой на основе сульфидных твердых электролитов», в выпуске журнала Science от 24 сентября 2021 г.

Авторы
Даррен Х.С. Тан, Ю-Тин Чен, Хеди Ян, Вуригмула Бао, Бхагат Шринараянан, Жан-Мари Ду, Вейкан Ли, Бингю Лу, Со-Ён Хэм, Бахарак Саяпур, Джонатан Шарф, Эрик А. Ву, Грейсон Дейшер , Чжэн Чен и Ин Ширли Мэн из Департамента наноинженерии, Программы химического машиностроения и Центра устойчивой энергетики и энергетики (SPEC) Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего; Хеа Ын Хан, Хоэ Джин Ха, Хери Чжон, Чон Бом Ли из LG Energy Solution, Ltd.

Финансирование
Это исследование было проведено при финансовой поддержке компании LG Energy Solution в рамках программы Battery Innovation Contest (BIC). З.К. признает финансирование из фонда поддержки стартапов Инженерной школы Джейкоба Калифорнийского университета в Сан-Диего. Ю.С.М. признает финансовую поддержку от Zable Endowed Chair Fund.

Поделиться


Силиконовые батарейки

ЗЕЛЕНАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

 

БОЛТ СИЛИКАТНАЯ БАТАРЕЯ СЕРТИФИЦИРОВАНА БЮРО ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ GREEN STAR

 

   Системы солнечной и ветровой энергии                                                       Телекоммуникационные системы

 

ИБП и системы передачи данных                                                                         Судовые и электростанции

 

Электромобили, скутеры, тележки для гольфа и т. д…                                    Компьютерные сети и серверные системы

 

 

Мы приветствуем вас на нашем веб-сайте. Силикатная батарея Bolt и батарея с силиконовым гелем — это экологически чистые технологии, которые обеспечивают чистую энергию без загрязнения или кислотного тумана из электролита, что предотвращает попадание вредных загрязняющих веществ в нашу окружающую среду. Кроме того, для тех, кто использует или хранит аккумуляторы дома, на работе или на складе, наши аккумуляторы являются более безопасным решением.

 

Мы поддерживаем развитие нашей «зеленой аккумуляторной технологии», которая выходит за технологические пределы свинцово-кислотных аккумуляторов. Наша миссия состоит в том, чтобы продолжать совершенствовать наши передовые экологически чистые технологии и применять их во всех аккумуляторных продуктах, которые мы поставляем клиентам по всему миру. Мир.

 

Силиконовый аккумулятор болта не взрывоопасен и не вызывает коррозии пластин, электродов, соединений и соединений, что увеличивает количество циклов зарядки и срок службы аккумулятора.

 

Болт-силикатный аккумулятор имеет до 2200 циклов зарядки, в три раза больше, чем у свинцово-кислотного аккумулятора, а силиконовый гелевый аккумулятор имеет до 1600 циклов, что в два раза больше, чем у свинцово-кислотного.

 

Наши революционные батареи нормально работают в экстремальных температурных условиях, обеспечивая надежную мощность, когда это необходимо в суровых условиях. Болт-силикатная батарея не имеет эффекта внутренней памяти, поэтому способна разряжаться до 100% без повреждения батареи, но рекомендуется перезаряжать батарею сразу после полной разрядки, чтобы продлить срок службы батареи и сохранить циклы зарядки.Болт-силикатный аккумулятор имеет внутреннее сопротивление на 80% ниже, чем у свинцово-кислотного аккумулятора. Аккумулятор необслуживаемый, герметичный, непроливаемый и не требует сертификата опасного груза для перевозки.

 

Аккумулятор с силиконовым гелем имеет до 1600 циклов, что в два раза больше, чем у свинцово-кислотного аккумулятора, который имеет примерно 400/600 циклов в том же приложении. Расчетный срок службы силиконовых гелевых батарей составляет 10 лет в зависимости от приложений, использующих глубину разряда 50% или менее, другие приложения, которые используют более высокий уровень разряда более 50%, будут использовать больше циклов в течение срока службы батареи.

 

Расчетный срок службы болтовых силикатных батарей составляет 15 лет в зависимости от приложений, использующих глубину разряда 50% или менее, другие приложения, которые используют более высокий разряд более 50%, будут использовать больше циклов в течение срока службы батареи.

 

У нас есть широкий ассортимент аккумуляторных батарей для широкого спектра промышленных применений, таких как солнечные системы, ветровые установки, телекоммуникационные системы, вышки сотовой связи UPS, системы данных, морские электростанции, истребители, подводные лодки, компьютерные сети, серверные системы. , железнодорожный локомотив, электромобили, освещение и аварийные системы, и это лишь некоторые из них.

 

Мы находимся в авангарде аккумуляторной революции, которая сейчас идет полным ходом. Тысячи свинцово-кислотных заводов в Китае уже были закрыты за последние несколько лет, а в 2021 году ожидается еще больше. Наши заводы по производству аккумуляторов не подлежат закрытию из-за экологичность наших аккумуляторов для окружающей среды. Болтовые силикатные батареи и батареи с силиконовым гелем безопаснее использовать в закрытых помещениях, таких как дома, гаражи или склады, отсутствие кислотного тумана из электролита, чтобы сохранить окружающую среду без загрязнения.

 

Эта революционная современная технология может быть восстановлена ​​в конце срока службы батареи, чтобы сэкономить на замене батареи, восстановление батареи может происходить в местах в большинстве стран мира, что позволяет сэкономить на замене батареи и транспортных расходах.

 

Мы продолжим исследования, разработку и производство наших превосходных экологически чистых решений для энергоснабжения и хранения с важной целью — улучшить качество жизни и внести свой вклад в защиту окружающей среды для наших будущих поколений.

 

Кремниевые аноды Enevate могут дать аккумуляторы для электромобилей, которые пройдут 400 км при 5-минутной зарядке

Способы проведения проверок также мало изменились.

Исторически сложилось так, что проверка состояния электрической инфраструктуры была обязанностью мужчин, идущих по очереди. Когда им везет и есть подъездная дорога, линейные рабочие используют автовышки. Но когда электрические конструкции находятся на заднем дворе, на склоне горы или иным образом вне досягаемости механического подъемника, линейные рабочие все равно должны пристегнуть свои инструменты и начать подъем.В отдаленные районы вертолеты доставляют инспекторов с камерами с оптическим зумом, позволяющим осматривать линии электропередач на расстоянии. Эти долгосрочные инспекции могут охватывать больше вопросов, но не могут заменить более пристального взгляда.

В последнее время энергетические компании начали использовать дроны для более частого сбора информации о своих линиях электропередач и инфраструктуре. В дополнение к зум-объективам некоторые добавляют к дронам тепловые датчики и лидар.

Термодатчики улавливают избыточное тепло от электрических компонентов, таких как изоляторы, проводники и трансформаторы.Если их игнорировать, эти электрические компоненты могут искрить или, что еще хуже, взорваться. Лидар может помочь в управлении растительностью, сканировании области вокруг линии и сборе данных, которые программное обеспечение позже использует для создания трехмерной модели области. Модель позволяет руководителям энергосистем определять точное расстояние растительности от линий электропередач. Это важно, потому что, когда ветки деревьев подходят слишком близко к линиям электропередач, они могут вызвать короткое замыкание или искру от других неисправных электрических компонентов.

Алгоритмы на основе искусственного интеллекта могут обнаруживать участки, в которых растительность вторгается в линии электропередач, обрабатывая десятки тысяч аэрофотоснимков за несколько дней. Решения для Buzz

Использование любой технологии, позволяющей проводить более частые и качественные проверки, является хорошей новостью. И это означает, что, используя самые современные, а также традиционные инструменты мониторинга, крупные коммунальные предприятия в настоящее время ежегодно получают более миллиона изображений своей сетевой инфраструктуры и окружающей среды.

ИИ хорош не только для анализа изображений. Он может предсказывать будущее, просматривая закономерности в данных с течением времени.

Теперь о плохих новостях.Когда все эти визуальные данные возвращаются в центры обработки данных коммунальных предприятий, выездные техники, инженеры и монтажники тратят месяцы на их анализ — до шести-восьми месяцев за цикл проверки. Это отвлекает их от работы по техническому обслуживанию в полевых условиях. И это слишком долго: к моменту анализа данные устаревают.

Пришло время вмешаться ИИ. И он начал это делать. ИИ и машинное обучение начали использовать для обнаружения неисправностей и поломок в линиях электропередач.

Несколько энергосистем, в том числе Xcel Energy и Florida Power and Light тестируют искусственный интеллект для выявления проблем с электрическими компонентами как на высоковольтных, так и на низковольтных линиях электропередач. Эти энергетические компании наращивают свои программы проверки дронов, чтобы увеличить объем собираемых ими данных (оптических, тепловых и лидарных), ожидая, что ИИ сможет сделать эти данные более полезными.

Моя организация, Buzz Solutions — одна из компаний, которая сегодня предоставляет такие инструменты искусственного интеллекта для энергетики.Но мы хотим сделать больше, чем обнаружить проблемы, которые уже возникли, мы хотим предсказать их до того, как они возникнут. Представьте, что могла бы сделать энергетическая компания, если бы она знала местонахождение оборудования, которое может выйти из строя, позволяя бригадам войти и принять упреждающие меры по техническому обслуживанию до того, как искра вызовет следующий масштабный лесной пожар.

Пришло время спросить, может ли ИИ быть современной версией старого талисмана медведя Дымчатого леса Лесной службы США: предотвращение лесных пожаров до они бывают.

Повреждение оборудования линии электропередач из-за перегрева, коррозии или других проблем может привести к возгоранию. Решения для Buzz

Мы начали создавать наши системы, используя данные, собранные государственными учреждениями, некоммерческими организациями, такими как Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI), энергетические компании и поставщики услуг воздушной инспекции, которые предлагают вертолеты и беспилотники в аренду. В совокупности этот набор данных включает тысячи изображений электрических компонентов на линиях электропередач, включая изоляторы, проводники, соединители, оборудование, опоры и опоры.Он также включает коллекции изображений поврежденных компонентов, таких как сломанные изоляторы, корродированные разъемы, поврежденные проводники, ржавые конструкции оборудования и треснувшие опоры.

Мы работали с EPRI и энергетическими компаниями, чтобы создать рекомендации и таксономию для маркировки данных изображения. Например, как точно выглядит сломанный изолятор или корродированный разъем? Как выглядит хороший изолятор?

Затем нам пришлось объединить разрозненные данные, изображения, сделанные с воздуха и с земли, с использованием различных типов сенсоров камер, работающих под разными углами и разрешениями и снятых в различных условиях освещения.Мы увеличили контрастность и яркость некоторых изображений, чтобы попытаться привести их в единый диапазон, мы стандартизировали разрешение изображений и создали наборы изображений одного и того же объекта, снятых под разными углами. Нам также пришлось настроить наши алгоритмы, чтобы сосредоточиться на интересующем объекте в каждом изображении, например, на изоляторе, а не на рассмотрении всего изображения. Для большинства этих корректировок мы использовали алгоритмы машинного обучения, работающие на искусственной нейронной сети.

Сегодня наши алгоритмы искусственного интеллекта могут распознавать повреждения или неисправности, связанные с изоляторами, соединителями, демпферами, опорами, траверсами и другими конструкциями, и выделять проблемные области для личного обслуживания.Например, он может обнаруживать то, что мы называем перекрытием изоляторов — повреждение из-за перегрева, вызванного чрезмерным электрическим разрядом. Он также может обнаружить износ проводников (что также вызвано перегревом линий), коррозию разъемов, повреждение деревянных опор и траверс и многое другое.

Для разработки алгоритмов анализа оборудования энергосистемы требовалось определить, как именно выглядят поврежденные компоненты под разными углами при разном освещении.Здесь программное обеспечение отмечает проблемы с оборудованием, используемым для снижения вибрации, вызванной ветром. Решения для Buzz

Но одна из самых важных проблем, особенно в Калифорнии, заключается в том, чтобы наш ИИ распознавал, где и когда растительность растет слишком близко к высоковольтным линиям электропередач, особенно в сочетании с неисправными компонентами, что опасно в условиях пожаров.

Сегодня наша система может обрабатывать десятки тысяч изображений и выявлять проблемы за считанные часы и дни по сравнению с месяцами ручного анализа.Это огромная помощь коммунальным предприятиям, пытающимся поддерживать инфраструктуру электроснабжения.

Но ИИ хорош не только для анализа изображений. Он может предсказывать будущее, просматривая закономерности в данных с течением времени. ИИ уже делает это, чтобы предсказать погодные условия, рост компаний и вероятность возникновения заболеваний, и это лишь несколько примеров.

Мы считаем, что ИИ сможет предоставить аналогичные инструменты прогнозирования для энергокомпаний, прогнозируя сбои и помечая области, где эти сбои потенциально могут вызвать лесные пожары.Мы разрабатываем систему для этого в сотрудничестве с отраслевыми и коммунальными партнерами.

Мы используем исторические данные проверок линий электропередач в сочетании с историческими погодными условиями для соответствующего региона и передаем их в наши системы машинного обучения. Мы просим наши системы машинного обучения находить закономерности, связанные со сломанными или поврежденными компонентами, исправными компонентами и заросшей растительностью вокруг линий, а также с погодными условиями, связанными со всем этим, и использовать закономерности для прогнозирования будущего состояния электростанции. линии или электрические компоненты и рост растительности вокруг них.

Программное обеспечение PowerAI от Buzz Solutions анализирует изображения энергетической инфраструктуры, чтобы выявлять текущие проблемы и прогнозировать будущие

Прямо сейчас наши алгоритмы могут предсказать на шесть месяцев вперед, что, например, существует вероятность повреждения пяти изоляторов в определенной области, а также высокая вероятность зарастания растительностью вблизи линии в это время, что в совокупности создает пожароопасность.

В настоящее время мы используем эту систему упреждающего обнаружения неисправностей в пилотных программах с несколькими крупными коммунальными предприятиями — одним в Нью-Йорке, одним в регионе Новой Англии и одним в Канаде. С тех пор как мы начали наши пилотные проекты в декабре 2019 года, мы проанализировали около 3500 электрических опор. Среди примерно 19 000 исправных электрических компонентов мы обнаружили 5 500 неисправных, которые могли привести к отключению электроэнергии или искрению. (У нас нет данных о произведенных ремонтах или заменах.)

Куда мы отправимся отсюда? Чтобы выйти за рамки этих пилотных проектов и более широко внедрить прогнозный ИИ, нам потребуется огромное количество данных, собранных в течение долгого времени и в разных регионах. Это требует работы с несколькими энергетическими компаниями, сотрудничества с их группами по инспекции, техническому обслуживанию и управлению растительностью.Крупные энергетические компании в Соединенных Штатах имеют бюджеты и ресурсы для сбора данных в таких масштабах с помощью программ инспекции с помощью дронов и авиации. Но небольшие коммунальные предприятия также получают возможность собирать больше данных по мере снижения стоимости дронов. Чтобы инструменты, подобные нашему, стали широко полезными, потребуется сотрудничество между крупными и мелкими коммунальными предприятиями, а также поставщиками беспилотных летательных аппаратов и сенсорных технологий.

Перенесемся в октябрь 2025 года. Нетрудно представить себе западную U.Нам предстоит еще один жаркий, сухой и чрезвычайно опасный пожароопасный сезон, во время которого маленькая искра может привести к гигантской катастрофе. Люди, живущие в огненной стране, стараются избегать любых действий, которые могут вызвать пожар. Но в наши дни они гораздо меньше беспокоятся о рисках, связанных с их электросетью, потому что несколько месяцев назад приходили коммунальщики, ремонтируя и заменяя неисправные изоляторы, трансформаторы и другие электрические компоненты и обрезая старые деревья, даже те, которые еще не успели обрезаться. добраться до линий электропередач.Некоторые спрашивали рабочих, почему вся активность. «О, — сказали им, — наши системы искусственного интеллекта предполагают, что этот трансформатор, стоящий рядом с этим деревом, может взорваться при падении, а мы не хотим, чтобы это произошло».

Действительно, мы, конечно, нет.

Стабильные и высокопроизводительные аноды литиевых батарей на основе кремния высокой емкости после двумерной ковалентной инкапсуляции

Изготовление и определение характеристик

на котором графен (G) был нанесен методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) (рис.2а). Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) и изображения элементного картирования (рис. 2b–f и дополнительный рисунок 1) показывают морфологию [email protected] [email protected] обладает микроразмерной архитектурой, похожей на цветок гортензии, состоящей из множества взаимосвязанных нанопластин. На поверхности каждой нанопластины наблюдается конформное осаждение графеновых нанолистов (обычно 2-3 слоя) в соответствии с исследованиями плотности утряски, удельной поверхности, распределения пор по размерам, а также морфологии графена (дополнительные рис.2–4). Спектр комбинационного рассеяния (рис. 2g) [email protected] показывает интенсивный пик на 517  см 90 299 -1 90 300 с плечом на более низкой частоте, что подтверждает неповрежденные нанопластины после процесса CVD 90 299 27 90 300 . Кроме того, отношение полосы D к полосе G оценивается примерно в 1,5, что свидетельствует о наличии точечных отверстий, дефектов и / или неупорядоченных доменов в осажденном графене, благоприятном для переноса ионов (рис. 2g и дополнительный рисунок 5). Помимо характерных пиков Si (99,9, 100,3 эВ) и нативного слоя SiO 2 (103.6 эВ), в спектре рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) области Si 2 p [email protected] наблюдаются две дополнительные полосы при 101,5 и 102,5 эВ (рис. 2з), соответствующие C 1 s и O 1 s результатов (дополнительный рисунок 6). Эти пики можно отнести к межфазным связям Si-O-C между двумерными нанопластинами Si и G-нанолистами. Из-за конформного отложения графена и последующего контакта между площадями между компонентами Si и C, как подтверждено наблюдениями SEM и TEM, это ковалентное связывание существует в двумерном режиме.Ковалентное связывание на границе раздела двумерных компонентов может быть описано предварительной химической структурой [email protected] (дополнительный рисунок 7). Также имеет значение отсутствие сигналов Si–O–C в обработанном плавиковой кислотой (HF) [email protected] ([email protected]) (дополнительный рисунок 8). Предполагается, что «кожное образование» связано с естественным слоем оксида кремния на нанопластинах Si (дополнительный рисунок 9). При взаимодействии с введенным газообразным водородом оксид кремния на нанопластинах Si частично восстанавливается до интермедиатов Si-O при высокой температуре.Эти промежуточные соединения далее объединяются с частицами углерода, полученными из метана, в то время как дополнительная подача метана обеспечивает осаждение графена. Если не указано иное, содержание Si в [email protected] составляет около 88% по оценке термогравиметрического анализа (дополнительный рисунок 10).

Электрохимические характеристики и кинетические характеристики

Достигнутая ковалентная «слоистая» инкапсуляция [email protected] обеспечивает замечательные характеристики батареи (рис. 3 и 4). Как показано на рис. 3a, b и дополнительном рис.11, [email protected] демонстрирует улучшенную начальную кулоновскую эффективность (87%) и быстрое увеличение стабилизированной кулоновской эффективности > 99%, в отличие от [email protected] и SF. Этот значительно повышенный кулоновский коэффициент полезного действия [email protected] отражает разницу в межфазных границах между [email protected] и [email protected], хотя они состоят из одних и тех же компонентов. Необратимое потребление лития и последующее образование SEI можно строго предотвратить в [email protected] Несмотря на аналогичную микроархитектуру, [email protected] также предлагает значительно улучшенную циклическую стабильность при высокой скорости 2 A g −1 за 500 циклов по сравнению с [email protected] и SF, обеспечивая высокую удельную емкость, которая более чем в пять раз превышает теоретическую емкость графита (рис.3с). Превосходная циклическая стабильность [email protected] также подтверждается прототипом полноячеечного устройства LFP//[email protected], демонстрирующим как стабильное циклирование, так и высокую кулоновскую эффективность (рис. 3d). Емкости [email protected] и управляющих электродов при различных скоростях (рис. 4a, b) дополнительно демонстрируют превосходные возможности [email protected] Удельная емкость [email protected] при токах 0,8, 2, 4, 8, 12, 16 и 20 А г −1 составляет ~2646, 2194, 1763, 1389, 1119, 967 и 812 мАч г − 1 соответственно. Для сравнения, как [email protected], так и SF не могут обеспечить такую ​​высокую пропускную способность, особенно при больших скоростях.Даже после циклирования при очень высоких скоростях тока до 20 A g −1 емкость по-прежнему воспроизводима, что убедительно подтверждает высокую обратимость и циклическую стабильность [email protected] Как показано на рис. 4c, скорость работы этого двумерного ковалентно связанного [email protected] превосходит характеристики конкурирующих концепций дизайна, таких как Si/C 45 с точечным мостиком с серным мостиком, 45 с точечным мостиком с кислородным мостиком 24 и нековалентно связанный Si/C 37 (рис. 4в). Благодаря высокой гравиметрической емкости и высокой плотности материала объемная емкость анодов [email protected] необычайно высока (рис.4г, д). Учитывая весь объем электрода, а также изменение объема на 5,8 ~ 6,6% при циклировании (дополнительный рисунок 12), [email protected] демонстрирует объемную емкость 2350  мАч  см -3 при скорости 0,8 А г -1 , что более чем в четыре раза больше (~550 мАч см -3 ) коммерческих графитовых анодов. Даже при высоких токах 2, 4, 8, 12, 16 и 20 А г −1 обеспечивается объемная емкость 1952, 1547, 1202, 971, 869 и 694 мА см  −3 соответственно. , что составляет 54%, 74%, 65%, 699%, 1323% и 1442% от SF при тех же ставках.Достигнутая объемная емкость [email protected] заметно превосходит предыдущие результаты для различных кремниевых анодов 19,21,22,23,24,29,31,32,34,39,40,43 (рис. 4e). Кроме того, площадная емкость [email protected] может регулироваться почти пропорционально массовой загрузке активного материала, а обратимая площадная емкость ~6 мАч см −2 достигается при массовой загрузке 2,48 мг см −2 (рис. 4f), что намного выше, чем у коммерческой ячейки LIB. Кроме того, жизнеспособность SF @ G также характеризуется конкурентоспособной плотностью энергии (дополнительная таблица 1 и дополнительное примечание 1).Высокая обратимость, высокая емкость и способность [email protected] к высокой скорости отражают стабильный и быстрый перенос электронов и ионов от и к кремнию, а также благоприятную кинетику накопления лития. Эти свойства в первую очередь связаны с прочным и эффективным контактом между кремнием и графеном на обеих сторонах каждой нанопластины из-за ковалентной инкапсуляции и последующего двумерного плотного связывания между Si и C, хотя удельная площадь поверхности может быть дополнительным фактором. Этот сценарий хорошо подтверждается графиками Найквиста, полученными с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) (дополнительный рис.13) и дополнительно подтверждается значительно улучшенными значениями b (определяющими отношение пикового тока к скорости развертки) 37 как катодного (0,21 В), так и анодного (0,35 и 0,51 В) пиков [email protected] в сравнении с SF @ G-HF и SF (рис. 4g, дополнительный рисунок 14 и дополнительное примечание 2).

Рис. 3: Электрохимическая характеристика [email protected] при циклировании.

a Профили заряда-разряда [email protected], [email protected] и SF при 0,2 A g −1 для первого цикла. b Кулоновский КПД [email protected], [email protected] и SF для первых пяти циклов. c Циклическая характеристика [email protected] и управляющих электродов в течение 500 циклов при 0,2 A g –1 для первых двух циклов и 2 A g –1 для последующих циклов. Кулоновская эффективность [email protected] отложена на вторичной оси ординат. d Графики обратимой емкости и кулоновского КПД в зависимости от цикла полного элемента LFP//[email protected] с [email protected] в качестве анода и коммерческим фосфатом лития-железа (LFP) в качестве катода (примечательно, что емкость основана на от массы активных материалов в катоде).

Рис. 4: Электрохимические характеристики [email protected], испытанные при разных скоростях.

a Емкость [email protected], [email protected] и SF при различных скоростях от 0,8 до 20 A g −1 (десять циклов для каждой скорости). b Профили гальваностатического заряда/разряда [email protected] при различных скоростях. c Емкость [email protected] при указанном расходе по сравнению с типичными анодами Si/C с обычными режимами межфазного связывания, как указано. d Объемная емкость [email protected], [email protected] и SF при различных расходах. e Объемная емкость при аннотированных скоростях тока для [email protected] с некоторыми репрезентативными кремниевыми анодами, указанными в литературе, как указано. f Поверхностная емкость [email protected] при различных массовых нагрузках активного материала. г Значение b анодного (0,51 В и 0,35 В) и катодного (0,21 В) пиков для [email protected], [email protected] и SF, полученное из экспериментов по циклической вольтамперометрии (CV) при различной развертке ставки.

Межфазная морфология и химический состав при циклировании

Для выяснения структурного происхождения достигнутых характеристик были исследованы межфазная морфология и химический состав подвергнутого циклированию [email protected] и контрольных образцов.СЭМ- и ПЭМ-изображения [email protected], [email protected] и SF после 100 циклов показаны на рис. 5a–c и дополнительных рисунках. 15 и 16. Очевидно, что [email protected] сохраняет первоначальную цветочную архитектуру при циклировании, обладая тонкой и гладкой морфологией поверхности раздела. В отличие от этого, цветочная архитектура циклического [email protected] размыта, с обилием довольно грубых отложений SEI, заполняющих промежутки между нанопластинами [email protected] В случае циклического SF цветоподобный вид почти полностью деформируется.Результаты XPS дополнительно отображают межфазные компоненты SEI зацикленных [email protected], [email protected] и SF (рис. 5d–f и дополнительные рисунки 17 и 18). Как показано на рис. 5d, XPS-спектр C 1 s зацикленного [email protected] обнаруживает пики, приписываемые связям C–C, C–O и O = C–O (OCO) соответственно. Связи C–O и OCO подтверждаются обнаружением соответствующих позиций энергии связи в спектре O 1 s [email protected] соответственно. Эти результаты подразумевают присутствие полиэтиленоксида (PEO) и алкоксидов лития (ROLi) и карбоксилатов (ROCOLi) 49, 50, 51 в качестве типичных компонентов SEI в циклическом [email protected]Хотя аналогичные пики, соответствующие связям C–C и C–O, все еще присутствуют, появляется заметный пик при 289,7  эВ в случаях [email protected] и SF (рис. 5e, f), относящийся к карбонатсодержащим частицам. (обозначен как CO 3 ). Их спектры O 1 s указывают на присутствие Li 2 CO 3 в качестве основного компонента SEI в циклическом [email protected] и SF. Эти особенности четко характеризуют границу раздела материалов, на которой происходит электрохимическое восстановление и расход растворителей электролита (этиленкарбоната (ЭК) и диэтилкарбоната (ДЭК) в этой работе) (дополнительный рис.19 и дополнительное примечание 3) 49,50,51 . Хотя [email protected] имеет такую ​​же поверхность взаимодействия с электролитом, что и SF, что отражает непосредственный контакт Si с электролитом в обоих случаях, [email protected], очевидно, отличается из-за присутствия кожноподобного связывания, что согласуется с результаты кулоновской эффективности. Эти выводы подтверждаются серией дополнительных отнесений пиков, таких как силоксановые структуры (R-Si-OR’), LiF и соединения фосфора (Li x PF y и Li x PO y F z ) (см. дополнительное примечание 4).

Рис. 5: Межфазная морфология и химический состав после циклирования.

a c СЭМ-изображения ( a ) [email protected], ( b ) [email protected] и ( c ) SF после 100 циклов. D F C 1 S C 1 S , O 1 S , F 1 S , Li 1 S , Li 1 S и Si 2 P XPS Spectra ( D ) Cycled SF @ G, ( e ) зацикленный [email protected] и ( f ) зацикленный SF. г Концентрации межфазных атомов циклически [email protected], [email protected] и SF. h Схематическое описание интерфейса циклически обработанных [email protected], [email protected] и SF, показывающее отчетливо разные компоненты большинства циклически обработанных [email protected] и контрольных образцов. Следует отметить, что компоненты, выделенные серым цветом, составляют меньшинство, а толщина SEI не масштабируется. Масштабные линейки, 2 мкм ( a c ).

Четкая разница в межфазных компонентах дополнительно описывается элементным составом циклированных образцов (рис. 5g). В переработанном [email protected] преобладает C (~77 ат.%), наряду с низкой концентрацией O и Li, а также незначительной концентрацией F и P, что свидетельствует о преобладании органической природы SEI в [email protected] Г.По сравнению с [email protected] циклированные [email protected] и SF демонстрируют сходные концентрации атомов, соответствующие их SEI с преобладанием неорганических веществ, где концентрация C существенно снижается до ~37% и ~32 ат.%, соответственно, при концентрация O, Li, F, P и Si значительно увеличилась. Отчетливо высокая концентрация O и Li как в [email protected], так и в SF указывает на Li 2 CO 3 в качестве основного компонента. Как схематически показано на рис. 5h, основные межфазные ингредиенты циклически переработанных [email protected] и SF последовательно включают Li 2 CO 3 , LiF, Li x PF y 3 , Li x PO y F z и R–Si–OR’; интерфейс зацикленного [email protected] в основном состоит из органических частиц (например,g. , PEO, ROLi и ROCOLi) с почти незначительным количеством неорганических материалов. После промывки 5% соляной кислотой (HCl) циклический [email protected] демонстрирует аналогичную межфазную морфологию и элементный состав (например, C, O) непромытым, тогда как циклированные [email protected] и SF демонстрируют сценарий полностью отличается от непромытых аналогов (дополнительные рисунки 17 и 20–22), что отражает стабильные характеристики интерфейса SF @ G. Обсужденные выше различия также выявляются по элементному составу, полученному в результате анализа EDX (дополнительный рис.23 и дополнительное примечание 5). Эта стабильность межфазного контакта подтверждена результатами EIS (дополнительный рисунок 24). Примечательно, что ковалентное связывание, присутствующее в SF @ G, хорошо сохраняется, тогда как его двумерная гибридная структура сохраняется при циклировании (дополнительные рисунки 20, 25 и 26 и дополнительное примечание 6). Следует также отметить, что эта структурная и межфазная стабилизация в сочетании с минимальными изменениями толщины электрода (дополнительный рисунок 12) указывают на лучшее приспособление к изменению объема кремния в [email protected] Это может быть связано с двумерным характером (имитирующим поведение плоской тонкой пленки) и трехмерной пространственной ориентацией (созданием свободного пространства для размещения изменения объема) задействованных нанопластин 27 . Сходная межфазная морфология и химический состав циклированных [email protected] и SF свидетельствуют о недостаточной способности углерода, гибридизованного с кремнием двумерным нековалентным образом, блокировать непосредственный контакт Si с электролитом.В частности, в случае [email protected] графен (G) не может эффективно ингибировать нежелательные побочные реакции между Si и электролитом и последующее распространение SEI при циклировании, даже если используется сэндвич-подобная гибридная структура для смягчения структурных и межфазных изменений. Si при литировании и делитировании. Можно ожидать, что электролит проникает через поры и/или дефекты G и взаимодействует с динамической границей раздела Si. Напротив, заметная разница в межфазной морфологии и составе зацикленного [email protected] убедительно свидетельствует о критически важной роли кожноподобного ковалентного связывания в нашей концепции фундаментального блокирования прямого контакта Si с электролитом, придания тонкого и стабильного SEI. и поддерживать установленный контакт во время езды на велосипеде.

Производство литий-ионных аккумуляторов высокой энергии, содержащих кремнийсодержащие аноды и катоды вставного типа

  • 1.

    Armand, M. & Tarascon, J.-M. Создание лучших аккумуляторов. Природа 451 , 652–657 (2008).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  • 2.

    Данн, Б., Камат, Х. и Тараскон, Дж.-М. Аккумулирование электроэнергии для сети: батарея выбора. Наука 334 , 928–935 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 3.

    Эшету Г., Арманд Г. Г., Скросати Б. М. и Пассерини С. Материалы для накопления энергии, синтезированные из ионных жидкостей. Анжю. хим. Междунар. Эд. 53 , 13342–13359 (2014).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 4.

    Винтер М. и Бродд Р. Дж. Что такое батареи, топливные элементы и суперконденсаторы? Хим. Ред. 104 , 4245–4270 (2004 г.).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 5.

    Нитта, Н., Ву, Ф., Ли, Дж. Т. и Юшин, Г. Материалы для литий-ионных аккумуляторов: настоящее и будущее. Матер. Сегодня 18 , 252–264 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 6.

    Placke, T., Kloepsch, R., Dühnen, S. & Winter, M. Ионно-литиевые, металлические литиевые и альтернативные технологии аккумуляторных батарей: одиссея для высокой плотности энергии. J. Твердотельная электрохимия. 21 , 1939–1964 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 7.

    Bresser, D. et al. Перспективы исследований и разработок автомобильных аккумуляторов в Китае, Германии, Японии и США. J. Источники питания 382 , 176–178 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 8.

    Lu, Y., Zhang, Q. & Chen, J. Недавний прогресс в области литий-ионных аккумуляторов с высокими электрохимическими характеристиками. науч. Китай хим. 62 , 533–548 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 9.

    Zhang, H. et al. От электродов на твердом растворе и концепции кресла-качалки до современных аккумуляторов. Анжю. хим. Междунар. Эд. 59 , 534–538 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 10.

    Эшету, Г. Г., Мецеррейес, Д., Форсайт, М., Чжан, Х. и Арманд, М. Полимерные ионные жидкости для аккумуляторных батарей на основе лития. Мол. Сист. Дес. англ. 4 , 294–309 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 11.

    Маринаро, М. и др. Продвижение разработки аккумуляторных элементов для автомобильных приложений: перспективы исследований и разработок в Китае, Японии, ЕС и США. J. Источники питания 459 , 228073 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 12.

    Schmuch, R., Wagner, R., Hörpel, G., Placke, T. & Winter, M. Характеристики и стоимость материалов для автомобильных аккумуляторов на основе лития. Нац. Энергия 3 , 267–278 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 13.

    Zeng, X. et al. Коммерциализация технологий литиевых батарей для электромобилей. Доп. Энергия Матер. 9 , 1

    1 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 14.

    Эшету, Г. Г. и Фиггемайер, Э. Решение проблем литий-ионных аккумуляторов следующего поколения на основе кремниевых анодов: роль дизайнерских добавок к электролиту и полимерных связующих. ChemSusChem 12 , 2515–2539 (2019).

    КАС пабмед Статья Google Scholar

  • 15.

    Judez, X. et al. Возможности перезаряжаемых твердотельных аккумуляторов на основе литий-интеркаляционных катодов. Дж 2 , 2208–2224 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 16.

    Вен С.Дж. и Хаггинс Р.А. Химическая диффузия в промежуточных фазах в системе литий-кремний. J. Solid State Chem. 37 , 271–278 (1981).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 17.

    Ву Дж., Цао Ю., Чжао Х., Мао Дж. и Го З. Критическая роль углерода в соединении кремниевых и графитовых анодов для высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Carbon Energy 1 , 57–76 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 18.

    Anothumakkool, B. et al. Электрополимеризация, вызванная модификацией поверхности межфазных поверхностей электродов на месте: снижение потерь лития в первом цикле в литий-ионных батареях с кремниевым анодом. ACS Sustain. хим. англ. 8 , 12788–12798 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 19.

    Müller, J. et al. Инженерные аноды большой емкости Si-on-Graphite для литий-ионных аккумуляторов, изготовленные методом псевдоожиженного слоя. Хим. англ. Дж . 407 , 126603 (2020).

  • 20.

    Hamzelui, N., Eshetu, G.G. & Figgemeier, E. Адаптация активных материалов и полимерных связующих: строгие требования к созданию литий-ионных аккумуляторов на основе кремний-графитового анода. J. Аккумулятор энергии 35 , 102098 (2021 г.).

    Артикул Google Scholar

  • 21.

    Dühnen, S. et al. На пути к зеленым аккумуляторным элементам: взгляд на материалы и технологии. Малые методы 4 , 2000039 (2020 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 22.

    Li, X., Zhang, M., Yuan, S. & Lu, C. Прогресс в исследованиях кремниевых/углеродных анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов: проектирование структуры и метод синтеза. ХимЭлектроХим 7 , 4289–4302 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 23.

    Пан К., Цзоу Ф., Канова М., Чжу Ю. и Ким Дж.-Х. Систематические электрохимические характеристики анодов Si и SiO для литий-ионных аккумуляторов большой емкости. J. Power Sources 413 , 20–28 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 24.

    Чой, Дж. В. и Аурбах, Д. Обещание и реальность пост-литий-ионных батарей с высокой плотностью энергии. Нац. Преподобный Матер. 1 , 16013 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 25.

    Liu, Z. et al. Оксиды кремния: перспективное семейство анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Хим. соц. 48 , 285–309 (2019).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 26.

    Ким, М. К., Джанг, Б. Я., Ли, Дж. С., Ким, Дж. С. и Нахм, С.Микроструктуры и электрохимические характеристики наноразмерного SiO x (1,18 ≤ x ≤ 1,83) в качестве материала анода для литий-ионного аккумулятора. J. Power Sources 244 , 115–121 (2013).

    КАС Статья Google Scholar

  • 27.

    Ulvestad, A., Mæhlen, J.P. & Kirkengen, M. Нитрид кремния в качестве анодного материала для литий-ионных аккумуляторов: понимание реакции преобразования SiN x . J. Источники питания 399 , 414–421 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 28.

    Ульвестад, А. и др. Субстехиометрический нитрид кремния — анодный материал для литий-ионных аккумуляторов, обещающий высокую стабильность и большую емкость. науч. Респ. 8 , 8634 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google Scholar

  • 29.

    de Guzman, R.C., Yang, J., Ming-Cheng Cheng, M., Salley, S.O. и Ng, K.Y.S. Композитные аноды большой емкости на основе нитрида кремния для литий-ионных аккумуляторов. Дж. Матер. хим. А 2 , 14577–14584 (2014).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 30.

    Chae, S. et al. Газофазный синтез наночастиц аморфного нитрида кремния для высокоэнергетических ЛИА. Энергетика Окружающая среда. науч. 13 , 1212–1221 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 31.

    Винн, Д. А., Шемильт, Дж. М. и Стил, Б. С. Х. Дисульфид титана: электрод в виде твердого раствора для натрия и лития. Матер. Рез. Бык. 11 , 559–566 (1976).

    КАС Статья Google Scholar

  • 32.

    Zhang, H. et al. Электролитные добавки для литий-металлических анодов и литий-металлических аккумуляторов: прогресс и перспективы. Анжю. хим. Междунар. Эд. 57 , 15002–15027 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 33.

    Mizushima, K., Jones, PC, Wiseman, PJ & Goodenough, JB Li x CoO 2 (0 < x < 1): новый катодный материал для аккумуляторов с высокой плотностью энергии . Матер. Рез. Бык. 15 , 783–789 (1980).

    КАС Статья Google Scholar

  • 34.

    Теккерей, М.М., Дэвид, В.И.Ф., Брюс, П.Г. и Гуденаф, Дж. Б. Введение лития в марганцевые шпинели. Матер. Рез. Бык. 18 , 461–472 (1983).

    КАС Статья Google Scholar

  • 35.

    Padhi, A.K., Nanjundaswamy, K.S. & Goodenough, J.B. Фосфооливины как материалы положительного электрода для перезаряжаемых литиевых батарей. Дж. Электрохим. соц. 144 , 1188–1194 (1997).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 36.

    Мантирам, А., Найт, Дж. К., Мён, С.-Т., О, С.-М. и Сун, Ю.-К. Слоистые оксидные катоды с высоким содержанием никеля и лития: прогресс и перспективы. Доп. Энергия Матер. 6 , 1501010 (2016).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 37.

    Ли, В., Сонг, Б. и Мантирам, А.Высоковольтные материалы положительного электрода для литий-ионных аккумуляторов. Хим. соц. Ред. 46 , 3006–3059 (2017).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 38.

    Nayak, P.K. et al. Обзор проблем и последних достижений в области электрохимических характеристик высокоемких катодных материалов с высоким содержанием лития и марганца для литий-ионных аккумуляторов. Доп. Энергия Матер. 8 , 1702397 (2018).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 39.

    Chakraborty, A. et al. Медицинные катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов: обзор вычислительных исследований на LINI – 9 y O 2 и Lini 1- x y Co x Al y O 2 . Хим. Матер. 32 , 915–952 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 40.

    Куанг Ю., Чен С., Кирш Д. и Ху Л. Батареи с толстыми электродами: принципы, возможности и проблемы. Доп. Энергия Матер. 9 , 1

    7 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 41.

    Джин Ю., Чжу Б., Лу З., Лю, Н. и Чжу, Дж. Проблемы и недавний прогресс в разработке кремниевых анодов для литий-ионных аккумуляторов. Доп. Энергия Матер. 7 , 1700715 (2017).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 42.

    Obrovac, M.N. & Chevrier, V.L. Отрицательные электроды из сплава для литий-ионных аккумуляторов. Хим. Ред. 114 , 11444–11502 (2014 г.).

    КАС пабмед Статья Google Scholar

  • 43.

    Куинн, Дж. Б., Вальдманн, Т., Рихтер, К., Каспер, М. и Вольфарт-Меренс, М. Плотность энергии цилиндрических литий-ионных элементов: сравнение коммерческих элементов 18650 с элементами 21700. Дж. Электрохим. соц. 165 , A3284–A3291 (2018 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 44.

    Willenberg, L. et al. Развитие деформации желеобразного валика в литий-ионных батареях 18650 при низком уровне заряда. Дж.Электрохим. соц. 167 , 120502 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 45.

    Selis, L. A. & Seminario, JorgeM. Формирование дендритов в кремниевых анодах литий-ионных аккумуляторов. RSC Adv. 8 , 5255–5267 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 46.

    Li, T. et al. Механизмы деградации и стратегии смягчения последствий для литий-ионных аккумуляторов на основе NMC с высоким содержанием никеля. Электрохим. Energy Rev. 3 , 43–80 (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 47.

    Лин, З., Лю, Т., Ай, X. и Лян, К. Объединение научных кругов и промышленности для унификации показателей производительности аккумуляторов. Нац. коммун. 9 , 5262–5262 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 48.

    Цао, Ю., Ли, М., Лу, Дж., Лю, Дж. и Амин, К. Объединение академических и промышленных показателей для практических батарей следующего поколения. Нац. нанотехнологии. 14 , 200–207 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google Scholar

  • 49.

    Li, H. Практическая оценка литий-ионных аккумуляторов. Джоуль 3 , 911–914 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 50.

    Чжу, Б. и др. Масштабируемое производство наночастиц Si непосредственно из источников низкого качества для анода литий-ионного аккумулятора. Нано Летт. 15 , 5750–5754 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google Scholar

  • 51.

    Zhao, J. et al. Металлургически литированный сиокс-анод с высокой емкостью и совместимостью с окружающим воздухом. Проц. Натл акад. науч. США 113 , 7408–7413 (2016).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 52.

    Meister, P. et al. Передовая практика: оценка производительности и стоимости активных материалов литий-ионных аккумуляторов с особым акцентом на энергоэффективность. Хим. Матер. 28 , 7203–7217 (2016).

    КАС Статья Google Scholar

  • 53.

    Eshetu, G.G. et al.Электролиты и интерфазы в натриевых аккумуляторных батареях: последние достижения и перспективы. Доп. Энергия Матер. 10 , 2000093 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 54.

    Aupperle, F. et al. Роль добавок к электролиту на межфазную химию и термическую реактивность литий-ионной батареи на основе си-анода. Приложение ACS Энергия Матер. 2 , 6513–6527 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 55.

    Eshetu, G.G. et al. Электролиты LiFSI и LiPF 6 в контакте с литированным графитом: сравнение термической стабильности и идентификация конкретных усиливающих SEI добавок. Электрохим. Acta 102 , 133–141 (2013).

    КАС Статья Google Scholar

  • 56.

    Тасаки К.и другие. Растворимость солей лития, образующихся на поверхности отрицательного электрода литий-ионного аккумулятора, в органических растворителях. Дж. Электрохим. соц. 156 , A1019–A1027 (2009 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 57.

    Ху Ю.-С. и другие. Превосходные характеристики хранения нанокомпозита [email protected] x /C в качестве анодного материала для литий-ионных аккумуляторов. Анжю. хим. Междунар. Эд. 47 , 1645–1649 (2008).

    КАС Статья Google Scholar

  • 58.

    Schiele, A. et al. Критическая роль фторэтиленкарбоната в газовыделении кремниевых анодов литий-ионных аккумуляторов. ACS Energy Письмо. 2 , 2228–2233 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 59.

    Kim, K. et al. Понимание термической нестабильности фторэтиленкарбоната в электролитах на основе LiPF 6 для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 225 , 358–368 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 60.

    Hu, Z. et al. Регулирование границы раздела с помощью трифторпропиленкарбоната, позволяющее значительно увеличить срок хранения лития в анодах на основе кремния. Доп. Функц. Матер. 29 , 1

    8 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 61.

    Донг, П. и др. Стабилизирующий интерфейсный слой LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 катодных материалов под высоким напряжением с использованием p -толуолсульфонилизоцианата в качестве пленкообразующей добавки. J. Power Sources 344 , 111–118 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 62.

    Краузе, Л. Дж., Шеврие, В. Л., Дженсен, Л. Д. и Брандт, Т. Влияние диоксида углерода на срок службы и электролитную стабильность полных литий-ионных элементов, содержащих кремниевый сплав. Дж. Электрохим. соц. 164 , А2527–А2533 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 63.

    Плихта, Э. Улучшенный Li/Li x CoO 2 перезаряжаемый элемент. Дж. Электрохим. соц. 136 , 1865–1869 (1989).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 64.

    Швенке, К.U., Solchenbach, S., Demeaux, J., Lucht, B.L. & Gasteiger, H.A. Воздействие CO 2 , выделенного из VC и FEC во время формирования графитовых анодов в литий-ионных батареях. Дж. Электрохим. Соц . 166 , А2035–А2047 (2019).

  • 65.

    Nölle, R., Schmiegel, J.-P., Winter, M. & Placke, T. Адаптация добавок к электролиту с синергическими функциональными фрагментами для кремниевых литий-ионных аккумуляторов на основе отрицательного электрода: тематическое исследование молочнокислых О-карбоксиангидрид кислоты. Хим. Матер. 32 , 173–185 (2020).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 66.

    Чой, Н.-С., Ю, К.Х., Ким, Х., Ким, С.-С. и Чой, В.-У. Поверхностный слой, сформированный на кремниевом тонкопленочном электроде в электролите на основе бис(оксалато)бората лития. J. Power Sources 172 , 404–409 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 67.

    Хан, Дж. Г. и др. Несимметричный фторированный малонатоборат как амфотерная добавка для литий-ионных аккумуляторов высокой плотности энергии. Энергетика Окружающая среда. науч. 11 , 1552–1562 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 68.

    Филипп, Б. и др. Улучшенные характеристики электродов из нанокремния с использованием соли LiFSI: исследование фотоэлектронной спектроскопии. Дж. Ам. хим. соц. 135 , 9829–9842 (2013).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 69.

    Trask, S.E. et al. Характеристики полных элементов, содержащих электролиты LiFSI на карбонатной основе и кремний-графитовые отрицательные электроды. Дж. Электрохим. соц. 163 , А345–А350 (2015 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 70.

    Lindgren, F. et al. Образование сея и межфазная стабильность кремниевого электрода в электролите на основе соли LiTDI с добавками FEC и VC для литий-ионных аккумуляторов. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 8 , 15758–15766 (2016 г.).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 71.

    Chevrier, V.L. et al. Разработка и испытания предварительно литированных полных элементов с высоким содержанием кремния. Дж. Электрохим. соц. 165 , A1129–A1136 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 72.

    Лю, Х. и др. Конформная предварительно литиевая нанооболочка на LiCoO 2 , позволяющая создавать литий-ионные батареи высокой энергии. Нано Летт. 20 , 4558–4565 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 73.

    Kwon, T.-w, Choi, J.W. & Coskun, A. Новая эра супрамолекулярных полимерных связующих в кремниевых анодах. Хим. соц. Ред. 47 , 2145–2164 (2018).

    КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 74.

    Квон, Т.-в, Чой, Дж. В. и Коскун, А. Перспективы супрамолекулярной химии в перезаряжаемых батареях с высокой плотностью энергии. Джоуль 3 , 662–682 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 75.

    Qian, G. et al. Монокристаллические многослойные оксидные катодные материалы с высоким содержанием никеля: синтез, электрохимия и внутрикристаллитное разрушение. Материал для хранения энергии. 27 , 140–149 (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 76.

    Йим, К.-Х, Никетик, С., Салем, Н., Набока, О. и Абу-Лебдех, Ю. На пути к повышению практической плотности энергии литий-ионных аккумуляторов: оптимизация и оценка кремний: графитовые композиты в полных ячейках. Дж. Электрохим. соц. 164 , A6294–A6302 (2017 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 77.

    Андре, Д., Хайн, Х., Ламп, П., Маглия, Ф. и Стиасни, Б. Будущие анодные материалы с высокой плотностью энергии с точки зрения автомобильного применения. Дж. Матер. хим. А 5 , 17174–17198 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 78.

    Betz, J. et al. Теоретическая энергия против практической: призыв к большей прозрачности в расчете энергии различных аккумуляторных систем. Доп.Энергия Матер. 9 , 1–18 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 79.

    Freunberger, S. A. Истинные показатели производительности аккумуляторов без интеркаляции. Нац. Энергия 2 , 1–4 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 80.

    Че, К., Но, Х.-Дж., Ли, Дж.К., Скросати, Б. и Сун, Ю.-К. Высокоэнергетическая литий-ионная батарея с анодом на основе кремния и многослойным композитным катодом с наноструктурой. Доп. Функц. Матер. 24 , 3036–3042 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 81.

    Ли, Дж.-И., Ли, Э.-Х., Парк, Дж.-Х., Парк, С. и Ли, С.-Ю. Литий-ионные аккумуляторы сверхвысокой плотности энергии на основе анода большой емкости и высоковольтного катода с электропроводящей оболочкой из наночастиц. Доп. Энергия Матер. 4 , 1301542 (2014).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 82.

    Мазоузи, Д. и др. Наблюдается очень высокая поверхностная емкость при использовании кремниевых отрицательных электродов, встроенных в медную пену в качестве трехмерных токосъемников. Доп. Энергия Матер. 4 , 1301718 (2014).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 83.

    Ким, Ж.-М. и другие. Полностью наноматовые литий-ионные аккумуляторы: новая платформа архитектуры ячеек для сверхвысокой плотности энергии и механической гибкости. Доп. Энергия Матер. 7 , 1701099 (2017).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 84.

    Liu, T. et al. Трехфункциональная электродная добавка для высокого содержания активного материала и объемной плотности литий-ионных электродов. Доп. Энергия Матер. 9 , 1803390 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 85.

    Zhang, L. et al. Кремниевый анод со структурой желточной оболочки с превосходной проводимостью и высокой плотностью отводов для полных литий-ионных аккумуляторов. Анжю. хим. Междунар. Эд. 58 , 8824–8828 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 86.

    Ли, П., Хван, Дж.-Ю. и Сун, Ю.-К. Нано/микроструктурированный кремний-графитовый композитный анод для литий-ионного аккумулятора с высокой плотностью энергии. ACS Nano 13 , 2624–2633 (2019).

    КАС пабмед Google Scholar

  • 87.

    Обровац, М.Н., Кристенсен Л., Ле Д. Б. и Дан Дж. Р. Конструкция сплава для анодов литий-ионных аккумуляторов. Дж. Электрохим. соц. 154 , A849–A849 (2007 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 88.

    Чае, С., Ким, Н., Ма, Дж., Чо, Дж. и Ко, М. Сравнение отрицательных электродов с графитовой смесью, использующих графит с кремниевым нанослоем, по сравнению с коммерческими эталонные материалы для высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Доп. Энергия Матер. 7 , 1700071 (2017).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 89.

    Huang, Q. et al. Высокоэластичный гелеобразный полимерный электролит обеспечивает надежную структуру электродов для кремниевых анодов. Нац. коммун. 10 , 5586 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 90.

    Цзя, Х. и др. Высокоэффективные кремниевые аноды с негорючими локализованными высококонцентрированными электролитами. Доп. Энергия Матер. 9 , 1
    4 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 91.

    Jia, H. et al. Иерархические структуры из пористого кремния с исключительной механической прочностью в качестве высокопроизводительных анодов литий-ионных аккумуляторов. Нац. коммун. 11 , 1474 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 92.

    Лю, Н., Хо, К., Макдауэлл, М. Т., Чжао, Дж. и Цуй, Ю. Рисовая шелуха как устойчивый источник наноструктурированного кремния для высокоэффективных анодов литий-ионных аккумуляторов. науч. 3 , 1919 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 93.

    Мантирам, А. Размышления о химии катода литий-ионного аккумулятора. Нац. коммун. 11 , 1550 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google Scholar

  • 94.

    Iii, D.L.W., Li, J. & Daniel, C. Перспективы снижения стоимости обработки литий-ионных аккумуляторов. J. Источники питания 275 , 234–242 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 95.

    Ан, С.Дж., Ли, Дж., Ду, З., Дэниел, К. и Вуд, Д.Л. Быстрый цикл формирования для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники питания 342 , 846–852 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

  • 96.

    Wu, H. & Cui, Y. Разработка наноструктурированных кремниевых анодов для высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Nano Today 7 , 414–429 (2012).

    КАС Статья Google Scholar

  • 97.

    Лю, Н. и др. Вдохновленный гранатом наноразмерный дизайн для анодов литиевых батарей с большим объемом замены. Нац. нанотехнологии. 9 , 187–192 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 98.

    Li, X. et al. Мезопористая кремниевая губка как структура, препятствующая измельчению, для высокоэффективных анодов литий-ионных аккумуляторов. Нац. коммун. 5 , 4105 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google Scholar

  • 99.

    Chen, X., Li, H., Yan, Z., Cheng, F. & Chen, J. Структура и анализ механизма кремниевого анода для литий-ионных аккумуляторов.