Поделиться
Российские ученые нашли способ повысить мощность аккумуляторов для транспорта на 15% и увеличить долговечность
Российские ученые разработали новый метод производства литий-железо-фосфатных аккумуляторов, увеличивающий их мощность и долговечность. Согласно разработанной методике, медная или алюминиевая фольга сначала проходит обработку плазмой в аргоновой среде и подвергается бомбардировке ионами, что улучшает адгезионные свойства поверхности.
Новый способ
Научно-исследовательская группа кафедры «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» Московского авиационного института (МАИ) нашла способ увеличить мощность и долговечность аккумуляторов, об этом пишет ТАСС.
Со слов техника кафедры «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» МАИ Макара Войтухова, разработчики выбрали этот вид батарей ввиду его безопасности, долговечности и простоты изготовления. Он предназначен для большого количества циклов перезарядки. Такие аккумуляторы могут применяться буквально везде: от электробусов, электрических квадроциклов и мотоциклов до бытовых приборов и детских игрушек.
Войтухов рассказал о том, что согласно разрабатываемой методике, вначале медная или алюминиевая фольга проходит обработку плазмой в аргоновой среде, обрабатывается бомбардирующими ударами частичками ионов, что позволяет улучшить адгезионные свойства на поверхности фольги. Затем по российской технологии и рецепту наносится специальный состав электродного материала, который впоследствии проходит сушку и прессуется, добавил российский ученый.
По его словам, такая модификация позволит улучшить качество пропитки используемых материалов электролитом, что приведет к увеличению одного из самых важных параметров аккумуляторов - удельной энергоемкости. Ожидается, что емкость аккумулятора вырастет примерно до 15%.
В настоящее время российские ученые проводят испытания своей методики. В будущем эта технология может быть широко применена в российском производстве литий-железо-фосфатных батарей, спрос на которые постоянно растет. Все работы по проекту реализуются на базе научно-производственной компании «Интэр». Прежде такие исследования открыто не проводились: каждый производитель делает все по своей технологии, и свои методики и рецепты для смеси не раскрывает, отметили в МАИ.
Процесс производства аккумуляторов
Производство литий-железо-фосфатных аккумуляторов включает несколько основных этапов: подготовка материала, синтез катодных и анодных материалов, состав электролита, аккумулятор в сборе и тестов. Каждый этап играет решающую роль в обеспечении производительности и безопасности конечного продукта.
Основные материалы, используемые при производстве аккумуляторов литий-железо-фосфатных аккумуляторов, включают: источники лития (обычно добывается из минералов, таких как сподумен или рассол); cоли железа (обычно добывается из железных руд, таких как железный купорос); фосфорная кислота (получается путем реакции фосфоритной руды с серной кислотой т.е. для обеспечения оптимальной работы аккумулятора эти материалы должны быть высокой чистоты.
Синтез катодного материала включает смешивание карбоната лития, фосфорной кислоты и солей железа. Эта смесь подвергается процессу нагрева при температурах от 700°C до 800°C для образования литий-железо-фосфатного порошка. Полученный порошок затем перерабатывается в листы, которые будут использоваться в качестве катодов.
Анодные материалы обычно изготавливаются из графита. Подготовка включает смешивание графита со связующим веществом и нанесение его на медную фольгу. Затем эту пасту сушат и разрезают на листы, пригодные для использования в качестве анодов.
Сборка батареи включает в себя укладку слоев катодов, анодов и сепараторов. Стопка помещается в корпус, куда добавляется электролит. Эта сборка должна выполняться в контролируемых условиях, чтобы предотвратить загрязнение.
Тестирование гарантирует, что каждая батарея соответствует стандартам безопасности и производительности. Ключевые тесты включают: тестирование емкости (измеряет способность аккумулировать энергию); циклическое тестирование срока службы (оценивает долговечность посредством повторных циклов заряда-разряда); тестирование безопасности (проверяет структурную целостность в условиях нагрузки т.е. проверки качества на каждом этапе помогают предотвратить дефекты, которые могут привести к сбоям или угрозам безопасности).
Технология переработки
В 2024 г. сотрудники Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российская академия наук (ИОНХ РАН) разработали новый подход к переработке литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов, широко используемых в электромобилях и городской электротехнике. Разработка предполагает использование глубоких эвтектических растворителей - безопасных и экономичных экстрагентов, которые способны заменить более токсичные и дорогостоящие традиционные вещества.
Исследователи ИОНХ РАН предложили применять для переработки аккумуляторов экстракционные системы на основе глубоких эвтектических растворителей. Эти растворители, по составу напоминающие обычные химические смеси, позволяют эффективно отделять компоненты из использованных аккумуляторов. В данном случае, предлагается двух- и трехкомпонентные растворы, состоящие из широко доступных реагентов, таких как трибутилфосфат, ди(2-этилгексил)фосфорная кислота и ментол. Эти смеси обладают высокой экстракционной способностью к ряду металлов и могут быть использованы на стандартном химическом оборудовании.
Разработанный метод предусматривает постепенное разделение металлов с высокой степенью чистоты. Это достигается за счет возможности изменять кислотность среды, выделяя литий, медь, алюминий, железо и марганец - ключевые материалы для повторного использования. Такое решение не только безопаснее для окружающей среды, но и экономически выгодно, так как позволяет возвращать в цикл производства ценные компоненты без использования дорогостоящих токсичных экстрагентов.
В дальнейшем исследователи планируют доработать экстракционные этапы технологии в лабораторных условиях и протестировать ее на практике для выпуска готовых продуктов из переработанных батарей.
Короткая ссылка
