5 вольт на электрохимической ячейке?

[amik]

Кто-нибудь в курсе?

Большинство современных элементов батарей вырабатывает напряжение около 4 В и создать элемент, который вырабатывал бы напряжение 5 В, ранее не удавалось. По утверждению ученых, они смогли это сделать. Секретом к успеху оказалась добавка к электролиту. Вступая в реакцию с электродами, эта добавка, по словам исследователей, «жертвует собой», формируя на электроде стабильную зону взаимодействия или границу раздела сред, которая и дает возможность получать более высокое напряжение.

Новость с iXBT
Оригинал с сайта американской армии
С катодом ниже лития в ряду напряжений сильно не прыгнуть. Над анодом долго бились японские и корейские ученые, опубликованы сотни тысяч(если не миллионы) статей по всяческим кобальтатам, никелатам, аргентатам, фторидам и т.д., такое впечатление, что для них создание анодного материала батарей и аккумуляторов стало идеей-фикс. На демонстрационном фото также представлен человек монголоидной расы

battery.jpg

[MONSTA]

Я не в курсе, и даже что-то не охота смотреть. В водных растворах термодинамическое окно между выделением водорода и кислорода составляет 1.4 В, но, скажем, свинцовый сернокислотный аккумулятор свободно плюет на это и дает около 2 В. Ценой побочных процессов при зарядке и саморазряда, хоть и более чем медленного. Но термодинамику фиг поборешь!

Неводные растворители и литиевый анод (точнее, сделанный из продукта внедрения лития в графит, в кремний - новомодные тенденции, да хоть в карборунд внедрите, только голым в плаванье не пускайте) - давно не фокус. Как повысить напряжение, выдаваемое батареей?

1. Поискать некий очень сильный окислитель на катод, более эффективный, чем нынешние соединения никеля. Давно пора. Только боюсь, что если это будет окись серебра или там платины, батарейка себя не окупит. А марганцовку и сейчас в аптеках не купить.

2. Другой вариант - менять апротонный растворитель, в котором все это безобразие происходит. Тоже практически реально. Возьмите уравнение старичка Нернста. Уводим в ноль активность растворенных ионов лития - поднимаем потенциал литиевого анода просто до небес (правда, небес отрицательных). Возьмите какую-то дрянь, в которой соли лития даже не хотят растворяться - получите резкий выигрыш в потенциале анода. Но и не менее резкий провал по току при нагрузке, потому что в растворе лития почти нет, и все летит к чертям.

Короче. Батарейку (аккумулятор) с неким фантастическим ЭДС (т.е. напряжением при разомкнутой цепи) получить вполне реально. Любой сведущий в этом деле человек (я к ним не отношусь) может ее собрать, на самом деле. Вся соль в работе этой батарейки под нагрузкой. Ох, просядет эта пятивольтовая батарейка до совершенно неприличных значений при реальной работе, чует мое сердце!

Я ленив и не любопытен, в соответствии с заветами Пушкина. Так что я и не думал лазать по ссылкам и искать некую инфу в интернете. В силу чего все сказанное - полное ИМХО.

[Polychemist]

Я одно время крутился в этой сфере, в т.ч. немного у американцев. И видел, КАК там врут и гонят. Малавиту до этого далеко. И всеобщее правило - при получении намёка на что-то - сразу патентовать. Просто чтоб застолбить, захватить и т.д. Да, в США патентоведы не любят вечный двигатель. Но разглядеть его не просто... Ну а лития в электролите обычно порядка 1 М...
__________________________
Может это в другой раздел?

[Iskander]

На конференции видел на первый взгляд безумные сборки, где катодом служит жидкая сера, а анодом - натрий или калий-натриевый сплав. Все при температуре градусов под 300. Мощности сборок представленных там на фото - n*Мегаватт.

Вообще - задача интересная, но вряд ли приемлимо решаемая для растворов электролитов.

[amik]

Отметим, что в первом посте присутствует ссылка на информационное сообщение Пентагона. Пугают своими успехами в духе звездных войн? или добились таки реальных успехов В статьях и патентах конкретный прием увеличения энергоемкости ХИТ (химического источника тока) можно не найти, если работа велась под грифом секретно. У нас ситуация аналогичная, многие разработки засекречены и просто не попадают в общий доступ
Iskander, натриево-серные элементы стали уже почти классикой жанра, осталось решить сугубо технические проблемы, которые лет -надцать как никак

[Polychemist]

Да чё там натрий, литий-серные там же. Насчёт идентичности их и нашей политики в секретности - совсем не уверен. Панду бы спросить . Я, например, пол года кушал в одной столовке с разработчиками Першингов или какой-то этой хрени... И, как меня учили на военной кафедре - у нас всё, по большому счёту, симметрично. Полагаю нашим воякам также пытались впаривать "гравицапы". У них просто чуть лучше с гласностью... а так одна хрень...

[amik]

Эффект от усердия разработчиков, тем не менее, налицо. Лет десять назад, только появившиеся литий-ионные батареи для мобильников давали 3-3.2 вольта, пару лет назад - 4, сейчас свежесочиненная "бытовая" ячейка выдает аж 4.2.

[MONSTA]

Вы безусловно правы: прогресс таки есть. И его не может не быть. К сожалению, в условиях животного капитализма к бодрым и оптимистичным рапортам с первомайской демонстрации то и дело добавляются новости из серии "Иван при работе над данным грантом получил нечто. Он еще сам ни фига не понял, но, могёт быть, сразу поймёт, когда ему придет очередной транш. А пока он в недоумении просто бухает".

[Polychemist]

Кстати, надо иметь в виду, что в США в рамках открытой военной науки делается до фига фундаментальщины (включая откровенное жульничество). AIRFORCE.

[amik]

Конечно, но как и кем принимается решение о допуске стратегической технологии в гражданскую область? Вопрос скорее для курилки , поэтому ограничиваю область конкретным источником тока.
Столь много обещавшие вначале, топливные элементы пока практически ушли с арены борьбы за источники питания для мобильных устройств. Комплекс технических и юридических проблем оказывается пока неразрешимым.
Юридический, например, это запрет на пузырек с метанолом для заправки на борту самолета

[Polychemist]

Конечно, но как и кем принимается решение о допуске стратегической технологии в гражданскую область? Вопрос скорее для курилки , поэтому ограничиваю область конкретным источником тока.

Уйти в курилку не проблема... Что касается именно источников тока, то там ситуация часто обратная нашей - разработки начинаются именно в гражданской области, на деньги каких-нибудь шальных азиатских инвесторов. Если фирме понадобятся бюджетные деньги, она может очаровать моряков/летчиков/космос и получить деньги от бюджета + очевидные проблемы. При это всё это палка о двух концах - реальную прибыль от батареек можно получить именно в гражданской области (мобильники, ноуты, айпады...), но не, например, в космосе, где объём производства мизерен. Наблюдая эволюцию некоей фирмы, пытавшейся сделать Li/S в течение 10+ лет, вспоминаю, что они получили чего-то от правительства США незадолго до краха, когда стало ясно, что не получается, но щёки надували капитально. Поэтому источник информации сомнителен. Кстати, из текста не ясно, о батарейке какого рода (1 или 2-го) речь. Если там какая-то добавка жертвует собой, то это наверняка 1-го рода, т.е. не аккумулятор. И зачем тогда оно надо?

[Polychemist]

Да, ещё вспомнил. Прикладывался и к Li-ion. И там ребята с Samsunga вроде как ещё лет 10 назад чего-то говорили о возможности больших вольтов при соотв. аноде. Ну или при замене лития на натрий. Но всё упирается в разложение ЛЮБОГО растворителя. Если эти ребята как-то защитили электрод, каким-то святым духом, то я никак не поверю, что это выдержит хоть 100 циклов. И это вообще был (вероятно и есть) стиль работы ряда не коренных товарищей - получить 2-3 офигенных цикла, замутить семинар, получить патент, и фсё...

[Himera]

В принципе, были и раньше работы с 5 В. Ну пусть 4.8, но такого результата можно добиться даже во вполне обычном электролите: например, J. Power Sources 196, 4806 (2011). Вопрос в том, сколько на этом предельном режиме выдержит электролит и зачем вообще такие усилия, ведь супер-перспективных катодных материалов со столь высоким потенциалом до сих пор нет. Кроме того, напряжение это хорошо, но ёмкость и скорость заряда/разряда всё-таки важнее.

[kbob]

Воздушно-литиевые батареи перспективнее для комерческого применения.
http://www.ibm.com/smarterplanet/us/en/ ... ry500.html

[Polychemist]

А при чём они тут? Они дают 5В?

[chimist]

ИМХО, не стоит серьезно воспринимать данную публикацию.

[Iskander]

А при чём они тут? Они дают 5В?

Поменьше, конечно. Но удельные ёмкости у них забубенные.
Вот только с цикличностью туговато: постепенно накапливается карбонат и система "теряет" литий.

[antabu]

Ионисторы тут не рассматриваются?

[Polychemist]

См. первое сообщение - тут тема о конкретном вопросе - можно ли как-то разогнать Li-ion до 5В.

[MONSTA]

Еще немного по поводу разгона. Я уже говорил, что в водных растворах термодинамическое окно для подобных систем составляет 1.4 В, но в реальности оно превосходится почти в полтора раза на самом что ни на есть распространенном свинцово-сернокислотном аккумуляторе. Просто, где-то правит термодинамика, а где-то кинетика. Опять же, я не специалист в области электрохимии неводных растворителей (как и химических источников тока), но в этом случае термодинамика вообще загоняется в самый дальний угол, ибо все электродные процессы с их участием запредельно необратимы. Polychemist и Himera высказывались о неких пределах, которые накладывает разложение любого электролита, в том числе и на основе неводных растворителей. Мне кажется, что в данном весьма сложном случае вообще нет смысла говорить о каких-то конкретных значениях потенциалов разложения электролита, как такового. А имеет смысл говорить о том, что в случае данного набора, состоящего из конкретного материала катода, конкретного электролита и конкретного растворителя, можно предельно достигнуть таких-то потенциалов, за которыми начнется неконтролируемая реакция всей этой троицы друг с другом. Понятно, некое пороговое значение потенциала определяет лишь условия, при которых мы согласны закрыть глаза на протекание этой реакции: она настолько медленная, что на практике не мешает. Поменяйте материал катода при том же растворителе и электролите, получите совсем другие значения. Аналогично, с электролитом и с растворителем. Тут тюнинг может идти до бесконечности, только был бы смысл в нем.