Какие лучше биметалл или алюминиевые батареи: Что лучше, биметаллические или алюминиевые радиаторы: сравниваем и выбираем

Что лучше, биметаллические или алюминиевые радиаторы: сравниваем и выбираем

Чтобы определиться, какой радиатор отопления лучше, алюминиевые или биметаллические модели стоит выбрать, стоит познакомиться с плюсами и с минусами каждого типа. Только тогда можно принять правильное решение.

Что нужно знать о батареях из алюминия

Для производства таких приборов используется две технологии:

• Отливка. Таким образом, изделие получается монолитным. Особую прочность ему придает отсутствие всевозможных соединений или швов. 
• Экструзия. Путем прессования заготовок получаются секции, которые впоследствии объединяются в батарею. Наличие соединительных узлов делает их более чувствительными к повышенному давлению.

В продаже чаще можно встретить устройства, изготовленные методом экструзии, поскольку они менее затратны в производстве. Теоретически при соблюдении всех эксплуатационных требований радиаторы одинаково надежны. Только монолитные могут работать без технического обслуживания, а сборные требуют регулярного осмотра на предмет выхода из строя соединительных узлов.

Из достоинств алюминиевых моделей нужно отметить:

• Большую теплоотдачу, благодаря этому комната прогревается буквально за 15-20 мин. Это дает возможность экономить на оплате за подачу теплоносителя.
• Небольшой вес, компактность, что значительно облегчает монтаж. 
• Наличие термоклапана, который позволяет регулировать количество жидкости в устройстве. Это позволяет экономить на отоплении.
• Сборные модели можно самостоятельно дополнять новыми секциями или, наоборот, снимать ненужные. Для литых это тоже возможно, но лучше, если это будет делать специалист.

Из значимых недостатков стоит отметить чувствительность к качеству теплоносителя. К примеру, присутствующая в нем щелочь разрушает металл. Сборные радиаторы особенно уязвимы. Между секциями присутствуют прокладки, которые могут портиться под воздействием определенных веществ. Так, агрессивные составы типа антифриза разъедают резину очень быстро. Использовать их нельзя.  

Попадание воды на алюминий провоцирует химическую реакцию, которая проходит с выделением некоторого количества газа. Поэтому все приспособления должны быть оборудованы краном Маевского. Большая теплоотдача тоже доставляет определенные неудобства. Батареи очень быстро становятся холодными, поэтому для поддержания комфортной температуры требуется постоянная подача теплоносителя. 

Все о биметаллических приборах

Чтобы нивелировать некоторые недостатки описанных выше моделей и сохранить при этом их достоинства, разработано комбинированное оборудование. Его название говорит о том, что для его изготовления использовано два различных материала. Это алюминий и сталь, черная или нержавеющая. На рынке можно найти такие устройства двух типов. 

Первый характеризуется тем, что его внутренняя часть полностью изготовлена из стали, а внешняя — из алюминия. В конструкциях другого вида стальная только труба, проходящая через изделие. Определяя, какие радиаторы лучше, алюминиевые или биметалл, мы будем рассматривать устройства первого типа, поскольку именно они являются полноценными комбинированными изделиями. 

Их изготавливают под повышенным давлением путем сложного литья. В итоге получается конструкция со стальным сердечником. Если он выполнен из нержавейки, срок службы прибора увеличивается примерно на треть. Таким образом обеспечивается качественное соединение двух материалов, что обуславливает эффективную передачу тепла.

Преимуществами радиаторов из биметалла считаются:

• Устойчивость к повышенному давлению жидкости в сети, что обусловлено наличием прочного сердечника.
• Хорошая теплоотдача и как следствие быстрый нагрев. Это объясняется присутствием алюминия.
• Возможность разогревать до повышенных температур.
• Устойчивость к процессам коррозии, особенно при наличии сердечника из нержавейки.

К недостаткам изделий можно отнести быстрое остывание после прекращения подачи горячей жидкости. В некоторых случаях при недостаточном качестве жидкого теплоносителя возможна его реакция с металлическим сердечником. Она проходит с выделением газов, которые способны повредить оборудование. Стоимость таких конструкций достаточно немаленькая. Это тоже можно считать их недостатком.

Что лучше, алюминиевые или биметаллические радиаторы отопления? Сравниваем основные параметры

Становится понятно, что два типа похожи только внешне. Сравним их основные свойства.

Устойчивость к повышенному давлению

Одна из важнейших характеристик для батареи. Теплоноситель в сети движется под давлением, причем в разных системах его величина может значительно разниться. Так, для малоэтажных и индивидуальных домов она относительно невелика. Для высоток в 16 и более этажей значения намного больше. Обусловлено это тем, что чем выше расположено отапливаемое помещение, тем большее давление требуется для подъема к нему.

Кроме высоты расположения на показатель оказывает влияние и величина гидравлического сопротивления, а именно число поворотов труб, количество кранов и т.п. Нужно принять во внимание и возможные гидроудары, то есть резкие перепады внутри системы, которые возникают по целому ряду причин. Поэтому устойчивость к повышенному давлению для батареи крайне важна.

Алюминий относится к металлам с небольшой прочностью. Изготовленные из него приборы, особенно сборные модели, не способны переносить значительные перепады. Они довольно часто разрушаются в результате гидроударов. Их не рекомендуется использовать в сетях высокого давления. Сталь намного прочнее. Учитывая, что у биметаллических моделей сердечник выполнен из этого материала, они способны выдерживать 50 атм.

Устойчивость к коррозийным процессам

Алюминий, как и все сплавы железа, относятся к активным металлам. Они легко вступают в реакции с водой, что, собственно, и считается коррозией, поскольку в результате металлы окисляются и разрушаются. Однако Al делает это более активно, чем сталь, особенно нержавеющая. Учитывая, что качество залитого в системы многоквартирных домов теплоносителя традиционно низкое и в нем присутствуют химически активные примеси, процессы проходят намного быстрее. 

Еще больше их ускоряет их повышенная температура жидкой среды. Производители покрывают устройства изнутри специальным защитным слоем, но это не дает большого эффекта. Теплоноситель с низким качеством обычно содержит абразивные примеси, которые царапают защиту и она становится бесполезной. Таким образом, определяясь, какой радиатор отопления выбрать — биметаллический или алюминиевый, нужно учитывать, что коррозии больше подвержен второй вариант. 

Устойчивость к повышенной температуре

Стандартная температура для теплоносителя не выше 90°, даже когда на улице очень холодно. Однако в некоторых случаях в результате ошибки работников котельной, проблем с автоматикой и по ряду других причин она может превысить это значение. При перегреве теплоносителя радиаторы выходят из строя, что опасно для тех, кто проживает в доме. Алюминий не выдерживает температуру выше +110°, биметалл работает максимум при 140°.

Уровень теплоотдачи батареи

Скорость, с которой устройство отдает тепло в воздух, зависит от материала, из которого оно изготовлено. Рекордсмен среди остальных металлов по теплоотдаче aluminium. Он очень быстро нагревается и остывает. Комбинированное оборудование, изготовленное из двух материалов, имеет меньшую теплоотдачу. Это объясняется присутствием сердечника из стали. Он несколько замедляет процесс нагрева. 

Однако скорость передачи тепла таких устройств все равно велика. Разница между двумя аналогичными секциями приборов разных типов составляет порядка 10-20 Вт, что в реальных условиях едва ли будет заметно. Но формально теплоотдача алюминиевых батарей выше. 

Особенности монтажа

Сложностей при установке батарей обоих типов обычно не возникает. Они отличаются небольшим весом, поэтому закрепить их на стене не составляет особого труда. Все работы, связанные с подключением изделий, должны проводиться строго по правилам, чтобы предотвратить появление течей. Единственная сложность, с которой можно столкнуться, это возможность деформации приборов из более мягкого алюминия при неаккуратном обращении.  Устанавливая их, следует соблюдать определенную осторожность.

Радиатор алюминиевый или биметаллический: какой выбрать для дома

Может показаться, что комбинированное изделие — лучший вариант прибора отопления. Однако такой вывод делать не стоит. Целесообразность использования различных устройств зависит от условий их эксплуатации. Так, батареи из алюминия хорошо себя зарекомендовали в сетях низкого давления. Это все системы в частных и в малоэтажных домах. Оптимальным вариантом для таких моделей считается обогрев в одно, максимум трехэтажных домах. 

Лучше всего они себя «чувствуют» в системах открытого типа. Комбинированный вариант хорош для сетей высокого давления. Он способен перенести значительные гидроудары и скачки температур. Такие модели идеальны для высоток, крупных многоэтажек с большим количеством помещений и т.п. Возможно, проблемы выбора бы просто не существовало, если бы оба вида устройств имели примерно одинаковую стоимость. 

Однако цена биметалла заметно выше. В перерасчете на квартиру или на дом получается существенная разница. Поэтому при выборе батарей настоятельно рекомендуется учитывать условия их эксплуатации и, исходя из этого, принимать решение. Не стоит пытаться сэкономить на качестве. Дешевые подделки не только прослужат меньше, по причине повышенного риска аварии они представляют опасность для здоровья проживающих в доме.  

• Текст: Инна Ясиновская

---

Биметаллические или алюминиевые радиаторы отопления: какой выбрать?

Еще до этапа монтажа всей системы важно определиться с тем, что лучше: биметаллические или алюминиевые радиаторы отопления. Для организации грамотного выбора необходимо сравнить их основные параметры.

Биметаллические и алюминиевые радиаторы: в чем разница?

Внешне оба типа радиаторов выглядят практически одинаково. Они имеют идентичный дизайн и секционную конструкцию. Однако существенное отличие заключается в их устройстве, что определяет эксплуатационные качества батарей.

Алюминиевые радиаторы изготовлены целиком из специального алюминиевого сплава. При их производстве может использоваться метод экструзии или метод литья. В первом случае получают более дешевые и легкие радиаторы. Однако по качеству экструзионные изделия существенно уступают литым, которые отличаются повышенной надежностью и долговечностью.

Основная разница между алюминиевыми и биметаллическими радиаторами состоит в том, что второй тип приборов изготавливается из двух разных видов металлов. Корпус с ребрами изготовлен из алюминия, а трубы, по которым движется теплоноситель, сделаны из качественной стали.

Теплоотдача

Чтобы правильно выбрать отопительные приборы, важно определиться с тем, какие радиаторы теплее. По этому показателю безусловным преимуществом обладают алюминиевые радиаторы. Это объясняется высокой теплопроводностью алюминия. Благодаря этому одна секция может давать до 200 Вт тепловой энергии. Также важным плюсом является малая тепловая инерция, за счет чего помещение очень быстро прогревается после запуска системы отопления.

Биметаллические радиаторы уступают алюминиевым по теплоотдаче. Потери тепла объясняются наличием стального сердечника, которые имеет меньшую теплопроводность. В результате теплоотдача может уменьшаться до 20 %. Также несколько выше у этих радиаторов тепловая инерция.

Таким образом, если оценивать, какие радиаторы отопления лучше (алюминиевые или металлические) по тепловой эффективности, то выбор будет в пользу первого варианта. Однако этот показатель является не единственным, который нужно принимать во внимание при выборе.

Прочность

Определяясь с тем, какие выбрать радиаторы, обязательно нужно учитывать их прочность. В этом отношении алюминиевые батареи сильно уступают биметаллическим. Они рассчитаны на рабочее давление в среднем от 6 до 16 атмосфер. Также эти батареи не устойчивы к перепадам давления и гидроударам, чем отличаются от аналогов не в лучшую сторону. При гидроударах обычно происходит разрушение алюминиевых батарей.

Прочность биметаллических радиаторов, в которых вода движется по стальным трубам, намного выше. Их использование допускается при давлении до 20-40 атмосфер, в зависимости от модели. Также батареи данной категории хорошо выдерживают гидроудары. Эти преимущества биметаллических радиаторов имеют особое значение при комплектации систем централизованного типа, используемых в многоэтажных домах.

Химическая стабильность

Довольно существенной является разница между алюминиевыми и биметаллическими радиаторами по химической стойкости. Здесь алюминий также проигрывает. При повышении уровня pH теплоносителя более 8 он достаточно быстро подвергается коррозии. При этом такой высокий уровень pH является нормой для воды, которая циркулирует в наших центральных отопительных системах. Сталь по химической стойкости не считается более надежным сплавом. Биметаллические приборы намного дольше и эффективнее противостоят коррозии.

Что выбрать

Вопрос о том, какие радиаторы отопления лучше: алюминиевые или биметаллические, следует рассматривать в разрезе типа монтируемой системы. В индивидуальных системах отсутствует чрезмерное давление воды, не возникают перепады и гидроудары, а качество теплоносителя контролируется и поддерживается на высоком уровне самим пользователем. Поэтому для таких систем хорошо подходят алюминиевые радиаторы. Они прослужат не менее 10 лет, обеспечивая эффективный и экономичный обогрев помещений.

Для централизованных систем использование батарей из алюминия противопоказано. Поэтому в данном случае лучше подойдут биметаллические радиаторы, которые хорошо выдерживают тяжелые условия эксплуатации. Стоят они существенно дороже, но и срок их эксплуатации увеличен примерно в 2 раза.

Нередко пользователей интересует вопрос, можно ли совмещать алюминиевые и биметаллические радиаторы в доме. Каких-либо противопоказаний в этом плане нет. Вполне допускается использование биметаллических и алюминиевых радиаторов в одной системе, однако ее эксплуатационные характеристики должны удовлетворять параметрам алюминиевых батарей, которые являются более слабым звеном. Другими словами, можно ставить биметаллические радиаторы в систему, рассчитанную на алюминиевые батареи, а не наоборот.

Продажа качественных радиаторов

Компания Ogint предлагает купить оптом алюминиевые и биметаллические радиаторы собственного производства.

Наша продукция имеет все необходимые сертификаты и отвечает современным требованиям качества. Обращаясь в нашу компанию, вы получаете максимально выгодную цену от производителя. Оформляйте заказ через форму на сайте или свяжитесь с нами по телефону.

Какой радиатор отопления лучше: алюминиевый или биметаллический

В последние несколько лет все большее число людей принимает решение заменить морально и физически устаревшие чугунные батареи на более современные и удобные — алюминиевые или биметаллические радиаторы.

Внешне такие приборы выглядят практически идентично, поэтому у большинства возникает вполне логичный вопрос — какой выбрать радиатор отопления: алюминиевый или биметаллический, и существует ли между ними принципиальная разница.

Чтобы понять, какой радиатор отопления лучше, алюминиевый или биметаллический, нужно разобраться в специфике их эксплуатации, а также технических характеристиках:

• Алюминиевые радиаторы имеют: максимальное давление от 10 до 20 Бар, массу одной секции от 1,2 до 1,45 кг, теплоотдачу одной секции при температуре теплоносителя 70 градусов по Цельсию — от 175 до 200 Ватт. В среднем гарантийный срок службы составляет от 3 до 10 лет.
• Биметаллические радиаторы имеют: максимальное давление от 30 до 35 Бар, массу одной секции от 1,36 до 1,92 кг, теплоотдачу одной секции при температуре теплоносителя 70 градусов по Цельсию — до 200 Ватт. В среднем гарантийный срок службы составляет от 10 до 15 лет.

Впрочем, даже оценив эти параметры, нельзя сделать однозначного вывода о том, какой радиатор — биметаллический или алюминиевый — лучше, то есть при выборе следует учитывать характерные особенности оборудования и планируемую сферу эксплуатации.

Особенности алюминиевых радиаторов

Особенность алюминиевых радиаторов заключается в том, что они достаточно «требовательны» к чистоте теплоносителя. Именно поэтому их бесперебойная работа на протяжении всего срока службы может быть гарантирована лишь при использовании в составе автономных систем отопления частных домов. В данном случае владелец загородного дома или коттеджа может лично контролировать не только качество и состав теплоносителя, но также давление в трубах и приборах. К сожалению, в централизованных сетях это невозможно, нельзя исключать риска гидроударов (а значит, и протечек алюминиевых радиаторов), наличия щелочей и кислот в теплоносителе.

Таким образом, если вы выбираете радиатор для автономной системы отопления, то алюминиевый вполне подходит, впрочем, можно использовать и биметаллический, но затраты на его приобретение окажутся выше. Учитывая это, частные домовладельцы в подавляющем большинстве случаев делают выбор именно в пользу качественных алюминиевых радиаторов.

Технологии изготовления алюминиевых радиаторов

Обратите внимание: все алюминиевые радиаторы изготавливаются из сплава, который состоит из алюминия и кремниевых добавок. Но при этом технологии изготовления могут использоваться различные. Наиболее популярны следующие методы производства устройств:

• Экструзия. Такие устройства считаются достаточно «хрупкими», так как имеют многочисленные соединения деталей. Чаще всего для производства используется вторичный алюминий, что в конечном итоге влияет на срок службы и надежность прибора в целом. Впрочем, цена таких изделий более чем доступна. Эксперты не рекомендуют использовать такие модели в центральных отопительных системах.
• Литье. Приборы, созданные по такой технологии, способны выдерживать давление до 16 Бар. Как правило, методом литья создаются секционные разборные радиаторы.

Чтобы понять, какой радиатор отопления лучше (алюминиевые или биметаллические модели), нужно учитывать не только преимущества, но и недостатки. К числу минусов алюминиевых радиаторов относят:

• Вероятность газообразования внутри секций. При несоблюдении ряда условий велика вероятность появления очагов кислородной коррозии уже в первый год использования.
• При резких перепадах давления (то есть гидроударах) есть вероятность образования течи в результате повреждения соединительных областей.
• Тепло внутри секций распределяется неравномерно, по большей степени оно «концентрируется» на ребрах.

Таким образом, алюминиевые радиаторы можно назвать отличным решением для автономных отопительных систем, где владелец дома может лично контролировать химический состав теплоносителя, а также температуру, давление и другие параметры.

Преимущества и недостатки биметаллических радиаторов

В отличие от алюминиевого, биметаллический радиатор изготавливается не из одного, а из двух видов металла — алюминия и стали (или иногда меди).

А в частности, внутренние каналы, предназначенные для циркуляции теплоносителя, создаются из нержавеющей стали, а корпус, выполняющий декоративные и теплообменные функции, изготавливается из алюминия. Такое «сочетание» обеспечивает высокую надежность и эффективность приборов: сталь гарантирует химическую стойкость и прочность, а алюминий — отличную теплопроводность.

Учитывая это, можно однозначно ответить на вопрос о том, какой радиатор отопления лучше выбрать для квартиры — алюминиевый или биметаллический. Конечно, в условиях центральной системы отопления лучшие эксплуатационные параметры демонстрирует биметаллический радиатор, так как:

• Стальные каналы, по которым перемещается теплоноситель, инертны к повышенной кислотности и щелочности теплоносителя. То есть, теплоноситель, который содержит агрессивные вещества, циркулирует только по стальным внутренним каналам, которые устойчивы к их воздействию, и при этом они не соприкасаются с алюминиевым корпусом, который к ним не устойчив.
• Детали из стали обеспечивают невосприимчивость прибора к высокому рабочему давлению отопительной системы, а также возможным гидроударам.
• Алюминиевый корпус, который имеет гладкую поверхность и несколько конвекционных каналов, представляет собой отличный излучатель тепла.

Переходя к минусам, можно назвать лишь один — по сравнению с алюминиевыми, биметаллические радиаторы стоят дороже, поэтому особого смысла использовать их в частных домах или коттеджах нет, зато в условиях городских квартир они попросту незаменимы.

Сравнение по основным параметрам

Если вы затрудняетесь с выбором, какой радиатор отопления лучше — алюминиевый или биметаллический — просто сравните основные критерии:

• Теплоотдача. По этому параметру устройства практически не отличаются, теплоотдача одной секции и в том, и в другом случае составляет около 200 Вт.
• Стойкость к высокому давлению. Алюминиевые модели выдерживают 16 Бар, а биметаллические — 35 Бар. Этот критерий имеет ключевое значение, если планируется эксплуатация в составе центральной отопительной системы.
• Чувствительность к составу теплоносителя. Алюминий вступает в реакции со многими химическими соединениями, присутствующими в теплоносителе из центральной отопительной системы. Помимо этого, он подвержен кислородному окислению.
• Максимально допустимая температура теплоносителя. Для алюминиевых моделей этот параметр соответствует 110 градусам по Цельсию, а для биметаллических — до 130 градусов по Цельсию.
• Стоимость. В среднем, цена на биметаллические модели на 20-30% больше, чем на алюминиевые.

Если вы хотите подробнее узнать о том, какой радиатор отопления выбрать, вам нужна подробная информация об особенностях алюминиевых или биметаллических устройств — получите бесплатные консультации у представителя «САНТЕХПРОМ» по телефону +7 (495) 730-70-80.

алюминиевые или биметаллические радиаторы отопления, характеристики батарей, плюсы и минусы

Довольно часто старые чугунные батареи приходят в негодность и их приходиться заменять на новые. Раньше даже вопроса не стояло о том, какой радиатор выбрать для установки. В настоящее время производители устройств для отопления выпускают батареи из самых разнообразных материалов, разного дизайна и технических характеристик. Такое разнообразие привело к тому, что у многих стал возникать вопрос: какие радиаторы лучше – биметаллические или алюминиевые? Для ответа на этот вопрос, необходимо более подробно рассмотреть особенности и технические характеристики батарей, которые изготавливаются из алюминия и биметалла.

Характеристика алюминиевых радиаторов

На сегодняшний день такие радиаторы считаются самыми эффективными устройствами, которые используются для отопления. В нашей стране они появились 30 лет назад и за это время уже успели показать свои положительные и отрицательные стороны.

Потребителям нравится современный дизайн такого устройства и привлекательный внешний вид. Кроме того, они имеют довольно небольшой вес. Но не только этими характеристиками славятся алюминиевые батареи. Необходимо также обратить внимание на то, каким способом они изготавливаются и на особенности монтажа.

Алюминиевые батареи для отопления изготавливают двумя способами: методом экструзии или литья.

Первый вариант предусматривает использование алюминиевого профиля. С помощью пресса из него начинают формировать отдельные части, которые затем сваривают между собой в секции. Эти секции затем соединяют друг с другом, а чтобы конструкция была герметичной, используют качественные утеплители и прокладки.

Второй вариант характеризуется созданием монолитной конструкции без отдельных соединений, что придает готовому изделию высокую прочность.

При соблюдении в процессе производства технологических этапов получается достаточно надежный прибор, у которого технические характеристики будут такими же, как и у литых моделей.

Алюминий – это такой металл, который нагревается очень быстро. Благодаря особенностям конструкции радиатора тепло передается в помещение таким способом – исходящее от панелей мощное тепловое излучение конвекционными воздушными потоками перемещается к потолку.

Каждая секция такого прибора обладает тепловой мощностью в 120 Вт. Весит секция около 2 кг, а глубиной она может быть от 70 до 110 мм. Чтобы ее заполнить, потребуется 0,4 л теплоносителя. Максимальная температура нагревания, которую металл спокойно выдерживает, составляет 90 градусов.

Преимущества батарей из алюминия

Благодаря таким техническим характеристикам алюминиевые устройства для отопления имеют следующие преимущества:

• экономия топлива до 35% при высокой теплоотдаче и минимальном количестве теплоносителя.
• алюминиевые радиаторы нагреваются очень быстро и также моментально остывают. Благодаря этому необходимая температура достигается за короткое время. Спустя 15 минут после запуска отопительной системы комната уже хорошо прогревается и такое же время потребуется для ее остывания, если отопление выключить.
• в комплектацию радиатора входят термоклапаны, которые используются для регулирования притока теплоносителя и самостоятельного создания необходимой температуры. Кроме того, современные терморегуляторы могут сами открывать и закрывать устройство для того, чтобы контролировать поступление теплоносителя. Благодаря этому и достигается существенная экономия расхода топлива.
• современный дизайн и приятный внешний вид батарей из алюминия позволяют им прекрасно вписываться в любой интерьер помещения. Они замечательно будут смотреться и в квартире и в офисе. Метод литья способствует созданию батарей под индивидуальные условия эксплуатации. А благодаря методу экструзии появляется возможность компоновать количество секций самостоятельно, что также является очень важным преимуществом.
• алюминиевые радиаторы имеют достаточно компактные размеры, поэтому, чтобы их установить, потребуется довольно немного места по сравнению с чугунными приборами. А благодаря такой компактности устройство весит довольно мало, что облегчает его монтаж. Крепятся такие приборы на любые стены.

Сравнительно недавно секции из алюминия использовались только при сборке автономных систем отопления, потому что рабочее давление в них составляло 6 атмосфер. На сегодняшний день в продаже имеются усиленные приборы отопления с рабочим давлением в 16 атмосфер, которые эксплуатируются в центральных системах отопления. Это следует учитывать при покупке радиатора.

Недостатки батарей из алюминия

Такой прибор имеет и некоторые минусы:

• На сборные модели устанавливают резиновые уплотнители. Они довольно быстро изнашиваются, что может повлечь за собой возникновение опасных ситуаций. Именно по этой причине такие модели ни в коем случае нельзя использовать там, где в качестве теплоносителя применяют антифриз или любое другое химическое вещество.
• Алюминий подвержен коррозии. Если горячая вода, которая используется в качестве теплоносителя, будет очень плохого качества, с содержанием крупных твердых частиц, то такие батареи очень быстро выйдут из строя, потому что у них начнет разрушаться тонкая защитная пленка внутренней поверхности прибора.
• Существенным недостатком считается завоздушивание. Воздух необходимо все время стравливать, поэтому в обязательном порядке устанавливают кран Маевского.
• Сборные модели чувствительны к гидроударам. Если давление вдруг резко подскочит, внутри прибора нарушится его герметичность. Именно поэтому батареи из алюминия нельзя использовать в системе центрального отопления, кроме тех моделей, которые изготовлены по методу литья.

Характеристика биметаллических радиаторов

Хотя алюминиевые радиаторы довольно хороши, использование их в центральной отопительной системе совершенно нежелательно. Такой материал очень плохо контактирует с другими металлами, а для алюминиевых приборов необходима только качественная вода. Также их работа возможна только при стабильной системе без скачков давления. Такие параметры соблюдаются только в автономных системах.

Однако, биметаллические батареи не имеют таких недостатков, потому что для их конструкции применяют стальные трубы, на которые надевают алюминиевые радиаторы. Сталь является довольно прочным материалом, который хорошо держит давление и не реагирует на некачественный теплоноситель. Ребра из алюминия обладают высокими теплопроводными характеристиками и, благодаря сочетанию двух этих металлов, можно использовать их преимущества, избегая недостатков.

Биметаллические батареи изготавливать очень непросто. Чтобы обеспечить достаточно плотное взаимодействие металлов друг с другом, применяют технологию изготовления литья под давлением. Биметаллические приборы отопления имеют высокую химическую стойкость и могут спокойно выдержать давление до 10 атмосфер, возникающее внутри сети. Такие устройства легче чугунных приборов, их проще устанавливать и они замечательно вписываются в современный интерьер.

Если сравнивать мощности алюминиевых и биметаллических батарей, то последние выигрывают, и довольно значительно. Мощность одной секции, выполненной из биметалла, составляет 170–190 Вт. Такой прибор для отопления выдерживает максимальную температуру нагрева в 100 градусов. Если сердцевина изготовлена из нержавеющей стали, то устойчивость к образованию коррозии возрастает в несколько раз.

Недостатки биметаллических радиаторов

Такое устройство хоть и совершенно, но не до конца, поэтому также имеет и определенные минусы:

• из-за того, что секции имеют небольшие размеры, а также благодаря высокой тепловой инертности, батареи из биметалла при отключении отопления остывают очень быстро;
• если сталь взаимодействует с другими металлами, то часто возникают вялотекущие химические реакции, в результате чего внутри прибора может образоваться газ. Если при этом отсутствуют воздушные клапаны, то может произойти разрыв прибора;
• стоимость биметаллических радиаторов очень высока.

Биметалл или алюминий: что лучше?

Чтобы понять, какой радиатор является лучшим, необходимо провести их сравнение. Простой человек по внешнему виду не сможет их отличить, потому что разницу совсем не видно. Оба вида этих батарей выглядят совершенно одинаково и представляют собой плоский треугольник, который покрыт порошковой белой или цветной эмалью. Поверхность этих приборов может быть монолитной или состоять из секций.

У прибора из алюминия высокая тепловая мощность, а у биметаллического – средняя. В первом случае максимальные показатели рабочего давления обычно составляют 16 атмосфер, а во втором – 20. Оба этих металла не слишком устойчивы к образованию коррозии.

Гарантийный срок эксплуатации эти приборов для отопления составляет 20–25 лет. Их можно ремонтировать своими руками. А вот стоимость приборов из алюминия гораздо ниже, чем у биметаллического изделия.

Учитывая эти факты, трудно определиться с тем, какой радиатор лучше. Они оба хорошо справляются с выполнением поставленных задач. Поэтому лучше всего выбирать прибор, учитывая один момент — в какой системе он будет эксплуатироваться.

Алюминиевые батареи очень легкие, рабочее давление стабильно всегда, теплоноситель хорошо поддается контролю, поэтому их используют для автономной системы отопления. Для центральной отопительной системы замечательно подойдут приборы из биметалла, потому что они хорошо выдерживают скачки давления и высокую температуру теплоносителя.

Батареи, изготовленные из таких материалов, как алюминий и металл, имеют свои преимущества. Они проявляются только в случае их правильной установки и эксплуатации. Приборы из алюминия устанавливаются в том случае, если в системе с низким давлением требуется обеспечить по максимуму теплоотдачу. Во всех остальных случаях устанавливают устройства из биметалла.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Выбираем радиаторы отопления, какие лучше – алюминиевые или биметаллические?

Выбирая приборы отопления, важно не ошибиться и приобрести оборудование, имеющее оптимальные технические и эксплуатационные характеристики. Главными аспектами, оказывающими влияние на отбор продукции, являются особенности конструкции батареи, качество сборки, теплоотдача и устойчивость к механическому и химическому воздействию.

Если учитывать эти критерии, то выбрать, какие радиаторы отопления лучше, алюминиевые или биметаллические, будет не сложно?

Определяя, что лучше, алюминиевый или биметаллический радиатор отопления, в первую очередь следует обратить внимание на особенности конструкции. То как устроена батарея, влияет на эксплуатационные характеристики и теплоотдачу.

Биметаллические батареи

Биметалл – это конструкция из двух различных металлов. Сердечник изготавливается из меди или стали, а оболочка алюминиевого сплава. Особенность конструкции не дает возможность использовать в качестве сердечника трубы большого диаметра, поэтому существует большая вероятность засорения батареи в процессе эксплуатации. Рекомендуется регулярно промывать секции.

Алюминиевые батареи

Состоят из наборных секций, изготавливаемых посредством литья или экструзии. Последний способ не используется в странах ЕС. Батареи экструзивного типа производят китайские и несколько отечественных производителей.

Конструкция предусматривает наличие конвекционных ребер, увеличивающих теплоотдачу. Батарея состоит исключительно из алюминия, что влияет на долговечность эксплуатации.

Принципиальное отличие алюминиевых отопительных радиаторов от биметаллических состоит в том, что в конструкции последних предусмотрен сердечник из металла, отличного от используемого для оболочки. Это влияет на параметры и эксплуатационные характеристики батареи:

• Теплоотдача радиаторов – у алюминиевых батарей одна секция имеет производительность 200 Вт. Мощность биметаллического оборудования со стальным сердечником не больше 180 Вт. Производительность секции алюминиево-медных радиаторов, также 200 Вт.
• Максимальное давление – гидроудары и скачки давления являются слабым местом алюминиевых моделей. Максимальное давление всего 16 атм., что часто недостаточно для подключения к центральной системе отопления.
  Биметаллические приборы отопления со стальной сердцевиной легко переносят скачки давления в 20 атм., а некоторые производители изготавливают сердечник способный выдержать гидроудар с мощностью в 40 атм.
• Качество теплоносителя – отличие биметалл радиаторов от алюминиевой продукции заключается в использовании в качестве сердцевины стали, материала, практически не вступающего в химическую реакцию.
  Алюминий реагирует на любые примеси, поэтому стенки секций при подключении к центральному отоплению быстро истончаются, появляются протечки. В этом случае, выбор радиатора отопления между алюминием или биметаллом явно в пользу последнего.
• Срок службы батарей – биметалл гарантировано отработает не меньше 15-20 лет. Алюминиевые батареи приблизительно на 5 лет меньше. На сроки эксплуатации может существенно повлиять качество теплоносителя и интенсивность нагрева. Максимальная рабочая температура для алюминиевого оборудования 110°С, биметалла 130°С.
• Стоимость – батареи из алюминия стоят приблизительно на треть дешевле биметалла.

При выборе отопительного оборудования следует обратить внимание на источник обогрева. В центральной системе используется агрессивный теплоноситель и неблагоприятное для алюминия давление. В автономном отоплении негативных факторов, влияющих на эксплуатацию устройств гораздо меньше.

Решающую роль в определении играет конструкционное различие радиаторов из алюминия и биметалла. Устанавливать алюминиевые секции лучше для частных систем отопления. Давление в трубопроводе, даже при использовании циркуляционного оборудования, редко превышает несколько атмосфер, а хозяин дома сможет проследить за качеством теплоносителя и таким образом продлит сроки эксплуатации.

Биметаллические радиаторы, без контакта теплоносителя с алюминием, рекомендуется использовать в многоэтажных домах. Но, это касается исключительно моделей, сердцевина которых выполнена из стали, медный сердечник выдерживает нагрузку не больше 16 атм.

Разница между биметаллическими и алюминиевыми радиаторами отопления заключается не только в особенностях конструкции, но и эксплуатационных характеристиках, на которые они влияют. Если учесть все показатели и параметры, то более качественными остаются биметаллические приборы отопления.

Алюминиевый или биметаллический радиатор, какой лучше?

В данной статтье мы попробуем разобраться какой все таки выбрать радиатор отопления, алюминиевый или биметаллический? Есть плюсы и минусы за каждый вид отопительного прибора. Для того чтобы не путаться мы перечислим основные за и против по каждому виду.

С момента появления вариаций отопительных элементов не угасают дискуссии относительно преимуществ и недостатков каждого из видов. В начале выясним, что собой представляют эти радиаторы.

Алюминиевый радиатор — изготавливается способом литья. Основной материал – алюминий.

Биметаллические радиаторы отопления — используют два материала: сталь и алюминий. Труба, по которой течет теплоноситель (горячая вода) создается из стали, а внешний слой покрывающий трубу и пластины (ламели), увеличивая тем самым площадь нагреваемого элемента, из алюминия.

Алюминиевые радиаторы

Рабочее давление 16 атмосфер — этого вполне достаточно чтобы нормально функционировать в любой многоэтажке. Так как давление в старых домах находится в пределах 6-9 атмосфер. Если же брать новостройки, то там давление также не более 9 атмосфер. Даже в новостройках более 20 этажей все равно, с помощью редукторов давление все остается в пределах допустимого. Простым подтверждением этого есть то, что застройщики устанавливают в таких домах стальные радиаторы у коорых рабочее давление 9-10 атмосфер.

Лучшая теплопроводность — ни для кого, ни секрет, что алюминий не имеет конкурентов по уровню теплопроводности. Поэтому именно чисто алюминиевые радиаторы считаются наиболее эффективными, способными обогревать огромные площади.

Подробнее: Лучшие алюминиевые радиаторы | Рейтинг Алюминиевых радиаторов | Алюминиевые радиаторы производство Украина

 

Биметаллические радиаторы

Рабочее давление от 24 атмосфер — это основное преимущество биметаллических радиаторов. Но если разобраться, то это преимущество практически не используется, так как рабочее давление в наших домах 6-9 атмосфер. Можно еще сказать что бывают скачки давления, гидроудары. Но эти перепады они не длительны, и у каждого алюминиевого и стального радиатора есть еще испытуемое давление, которое выше рабочего. У алюминиевых радиаторов это 20-24 Бар, у стальных 13 Бар.

Качество теплоносителя и коррозия — если какому преимуществу и стоит отдать должное так это этому. Так как в биметаллическом радиаторе внутренний слой стальной, это защищает батарею от воздействия химических реакций алюминия с воздухом и некачественным теплоносителем. Дополнительный слой металла более надежно защищает от воздействия внешних факторов. Но кто сказал что слой стали не подвержен коррозии?

Срок эксплуатации — за счет дополнительного слоя стали, срок эксплуатации у биметаллических радиаторов выше, так как риск коррозии и вымывания двух слоев, алюминия и стали ниже. Соответственно биметаллический радиатор расчитан на более длительный срок эксплуатации чем алюминиевая батарея. На ряду с этим преимуществом стоит недостаток. За счет доп. слоя стали у биметаллических радиаторов заужен диаметр прохода. Данный радиатор более подвержен засорению и забитию каналов в каких либо секциях, из за некачественного носителя в наших централизованных системах.

И все же клиент хочет получить более точный ответ, что выбрать? Алюминий или Биметал? Так вот точного ответа нет, по той причине, что один и второй радиатор оличный! Радиаторы выдерживают давление не меньше 16 Бар, чего вполне достаточно, для высоко этажных домов.

Наша рекомендация:

Алюминиевый радиатор — стоит выбирать в высоко этажные дома новой постройки, а также в частные дома, коттеджи, и системы с автономным (индивидуальным) отоплением. Так как как с давлением они справятся на отлично, а теплоотдачи отдают все таки немного больше чем Биметал.

 

Биметаллический радиатор — стоит выбрать обязательно в этажные дома старой постройки, с централизованным отоплением. Так как там системы современной защиты и гашения гидроударов практически не используются, в связи с чем могут быть скачки давления. От чего радиатор может выйти из строя. И также данный радиатор должен все таки служить на 10-30% дольше по времени, хотя подтвержденных тестов жтому нет.

Сравнение алюминиевых, биметаллических и стальных радиаторов отопления

Чтобы у вас дома даже в самые холода было комфортно и уютно нужно правильно выбрать радиатор: конструкцию, материал и размер для каждого помещения. Как же выбрать из многообразия вариантов?

Шаг 1: Выбираем тип радиатора

Алюминиевый радиатор

Достоинства:

• Для него характерна низкая инерционность (быстро нагревается и быстро остывает) и способность выдерживать относительно высокое давление. Эти особенности делают алюминиевый радиатор универсальным отопительным прибором. Он может быть использован как в автономной, так и в центральной системе отопления.
• Дополнительно можно приобрести термоголовки и индивидуально задавать температуру для каждого помещения. Это позволит экономить на топливе.
• Алюминиевые радиаторы обладают эффектным внешним видом, который подойдет под любой интерьер помещения. Эти радиаторы являются секционными — от 4 до 12 секций. И если у вас возникнет необходимость в дополнительных секциях, вы сможете их приобрести в магазинах «Бауцентр». Но надо учитывать, что секционные радиаторы можно раскрутить только напополам (то есть если радиатор состоит из 10 секций, то вы можете купить отдельно 5 секций, если 12 — то 6 секций и т.д.)

Важно! При установке алюминиевых радиаторов важно не допустить контакта алюминия с медными переходниками и фитингами, поскольку в такой паре наступает коррозия металла с возможным выделением водорода.

Биметаллический радиатор

Достоинства:

• Идеален для всех систем отопления — как для центральной, так и для автономной. Что значит биметалл? Корпус радиатора сделан из алюминия, благодаря чему он обладает высокой теплоотдачей, а внутренние коллекторы (места, где радиатор соприкасается с теплоносителем) выполнены из стали. Стальной коллектор позволяет без опаски устанавливать данный радиатор в центральную систему отопления. Биметаллический радиатор не боится некачественного теплоносителя и выдерживает высокое давление, 25-50 атмосфер, в зависимости от производителя. Этот вид радиатора долговечнее стального и алюминиевого.
• Биметаллические радиаторы выглядят так же эстетично как алюминиевые и подойдут под любой интерьер помещения. Они тоже являются секционными — от 4 до 12 секций. Можно приобрести дополнительные секции (эти радиаторы также раскручиваются только напополам.).

Важно! Биметаллические радиаторы более тяжелые, чем алюминиевые и стальные, поэтому требуют большего количества креплений при монтаже.

Стальной радиатор

Достоинства:

• Подходит для автономной системы отопления. В систему центрального отопления устанавливать можно, но при условии, что теплоноситель соответствует ГОСТ-ам, а давление в центральной системе отопления не будет превышать 9 атмосфер. То есть такие радиаторы можно ставить только в малоэтажные дома. В высокоэтажных зданиях с центральной системой отопления давление превышает 9 атмосфер.
• Огромный выбор размеров – от очень крупного до самого маленького, позволяет подобрать именно тот стальной панельный радиатор, который подойдет для того помещения, которое нужно обогреть.
• Также стальной радиатор имеет очень низкую тепловую инерционность (быстро нагревается и быстро остывает), и при использовании термоголовок на стальных радиаторах получается наибольшая экономия тепловой энергии.
• Стальные радиаторы подойдут к дизайну любого помещения. Эти радиаторы панельные и имеют множество вариаций размеров, что дает возможность подобрать стальной радиатор под любую потребность.

Внимание! У данного радиатора есть важная особенность — оборудование из стали плохо переносит редко посещаемые помещения. Если спустить воду из системы на срок более 2-х недель, то попавший воздух приведет к активной коррозии, которую невозможно будет остановить.
Есть и свое ограничение — нарастить или уменьшить такой радиатор не получится, только полностью его заменить при необходимости.

Шаг второй: Считаем количество секций

Важный критерий выбора радиатора — его тепловая мощность. Она указана на ценнике или в паспорте радиатора. Как правильно подобрать радиатор под Ваши потребности?
Необходимо вспомнить размер помещения, куда планируется его установка. Приблизительный расчет таков: 1000 Вт на 10 м кв (для угловых комнат, помещений с обширным остеклением и плохой теплоизоляцией берем 1200-1300 Вт на 10 м кв).
В зависимости от расчетной тепловой мощности выбираем радиатор нужного размера с необходимым количеством секций.
Например, чтобы обогреть помещение 15 м кв, потребуется прибор мощностью 1500 Вт.

Шаг третий: Выбираем вид подключения и размер радиатора

В зависимости от того, в каком месте будет установлен радиатор, а также как и на какой высоте расположены подводящие трубы системы отопления, определяется: вид подключения радиатора (нижняя или боковая подводка), а также размер радиатора (межосевое расстояние – т.е. расстояние между трубами подключения). Он может составлять от 200 до 2000 мм. Это число обязательно указывается в маркировке каждой модели.

Шаг четвертый: Выбираем место установки

Обычно нагревательные приборы находятся около окон под подоконниками. Выступающая над батареей подоконная доска может препятствовать движению вверх теплого воздуха. Поэтому радиатор рекомендуется устанавливать около наружной стены на высоте 10 см от пола так, чтобы между ним и подоконником был зазор не менее 8 см.
Часто из эстетических соображений около батареи ставят различные декоративные экраны, загораживающие нагревательный прибор. В этом случае экран становится препятствием для излучаемой радиатором тепловой энергии, и помещение начинает обогреваться только за счет конвективного теплообмена, что естественно снижает его эффективность. В этом случае мы рекомендуем брать более мощный радиатор для компенсации потери тепла.

Шаг пятый: Самостоятельно регулируем температуру

Можно самостоятельно регулировать и задавать оптимальную температуру в разных комнатах, согласно их использованию, и при этом беречь значительную часть энергии. Это легко сделать с помощью термостатической головки, установленной на термостатический вентиль на подводе к радиатору отопления.
Термостатическая головка, установленная с радиатором, регулирует мощность обогрева в соответствии с заданной температурой. Термостатический вентиль, тот на который ставится термоголовка, не регулирует расход теплоносителя – он либо открыт, либо закрыт. Таким образом, остается лишь установить желаемый уровень температуры в помещении (путём поворота термоголовки на определенную цифру) и термоголовка, в зависимости от температуры окружающей среды, самостоятельно будет её регулировать – открывая или закрывая путь теплоносителю к радиатору отопления. Важно! При установке необходимо, чтобы температура воздуха, окружающего термоголовку, была выставлена правильно, отражая реальную температуру помещения, тогда вся система в целом будет работать как положено.

Больше подробностей об использовании термоголовки — в наших советах!

Оптимальное решение для каждого дома!

Для коттеджной застройки и домов с индивидуальными тепловыми пунктами можно использовать все типы отопительных приборов, при условии, что вы правильно учли при проектировании рабочее и опрессовочное давление, на которое рассчитан выбранный радиатор, а также не забыли о небольших технических нюансах, свойственных каждому типу радиаторов, например, таких как повышенное газовыделение в алюминиевых радиаторах.
В современных многоэтажных домах желательно использовать биметаллические и алюминиевые радиаторы, отличающихся элегантным дизайном, высокой прочностью и коррозийной стойкостью.

границ | Последние достижения в области биметаллических сульфидных анодов для ионно-натриевых батарей

Введение

В последние годы ископаемое топливо чрезмерно эксплуатировалось в качестве основного источника энергии для промышленности и повседневной жизни людей во всем мире. В то же время риски нехватки ресурсов и загрязнения окружающей среды из-за сжигания ископаемого топлива привели к развитию исследований и применению возобновляемых источников энергии. В начале 1990-х LIB стали важным источником питания в различных электронных устройствах с момента их первой коммерциализации Sony.С ростом спроса на чистую энергию LIB стала одной из самых незаменимых технологий хранения энергии (Maleki Kheimeh Sari and Li, 2019; Su et al., 2020). Однако ограниченные ресурсы лития и высокая стоимость Li препятствовали крупномасштабному применению LIB. Поэтому очень важно изучить нового кандидата в качестве альтернативы этому типу батарей (Che et al., 2017; Hwang et al., 2017; Kang et al., 2017; Ortiz-Vitoriano et al. , 2017; Xiao et al., 2017; Фан и Ли, 2018).

В последние годы SIB привлекли большое внимание из-за сходства между Na и Li с точки зрения химических / электрохимических свойств. Кроме того, натрий является четвертым по распространенности металлическим элементом после алюминия, железа и кальция, который равномерно распределен в земной коре (Yu and Chen, 2020). Кроме того, из-за обильных и дешевых ресурсов Na, SIB считались одними из самых многообещающих кандидатов для крупномасштабных систем хранения возобновляемой энергии для хранения электроэнергии от солнца, ветра и волн (Palomares et al., 2012; Ким и др., 2015; Кунду и др., 2015; Fan et al., 2016). Однако между этими двумя элементами все еще есть много различий. Как показано в таблице 1, натрий имеет больший ионный радиус (1,02 Å), чем у Li (0,76 Å), который тяжелее атома, а также более высокий стандартный электродный потенциал (Slater et al., 2013; Chen J. et al. al., 2017; Meng, 2017; Xiao et al., 2017; Fang Y. et al., 2018; Wang et al., 2018). Хотя SIB уступают LIB с точки зрения плотности энергии и скорости заряда-разряда, Li и Na составляют лишь часть всего электрода, а емкость в значительной степени зависит от характеристик активных материалов.Таким образом, исследование анодов с исключительными свойствами для усовершенствованных SIB является ключевым моментом в разработке этой технологии, которая действительно сопряжена со многими проблемами (Li and Wang, 2012; Cao et al., 2017; Lin et al., 2018; Xiong et al. , 2018). В общем, хорошо спроектированные наноструктурные материалы могут сократить пути диффузии ионов и электронов, а также уменьшить механическое напряжение, вызванное большим объемным расширением. Кроме того, по сравнению с анодными материалами на основе углерода (например, пористым углеродом, углеродными нановолокнами, легированными азотом) (Lai et al., 2012; Kong et al., 2014; Xiao et al., 2014, 2017), металлические составные материалы обладают более высокой теоретической удельной емкостью из-за их превосходного механизма электрохимического преобразования (Yang et al., 2015; Yu et al., 2015; Chen Y. et al., 2016; Wu et al., 2016; Yu XY. Et al., 2016; Wen et al., 2017). Например, многие однослойные оксиды переходных металлов (MOs-NiO ₂ , FeO ₂ , TiO ₂ , MnO ₂ и т. Д. Xia et al., 2014; Yu DJ et al., 2016) были широко изучены в качестве материалов для хранения Na.NiO ₂ показал обратимую емкость около 123 мАч г ^-1 с небольшой поляризацией. Однослойный FeO ₂ показал самую большую обратимую емкость (до 80 мАч г ^-1 ) при высоком напряжении отсечки 3,5 В. При использовании в качестве электродного материала в SIB TiO ₂ также показал отличные характеристики. сохранение емкости (снижение емкости на 25% за 1200 циклов). Действительно, MnO ₂ был синтезирован простой окислительно-восстановительной реакцией и методом гидротермальной обработки, и была получена большая разрядная емкость 219 мАч г ^-1 .Jiang et al. разработали тонкую пленку Fe ₂ O ₃ в качестве анода для SIB с постоянной емкостью 380 мАч g ^-1 после 200 циклов. Однако оксиды металлов (МО) имеют ряд недостатков, связанных с их низкой электропроводностью и электрохимической активностью (Du et al., 2015; Zhu et al., 2015; Yu and David Lou, 2018).

Таблица 1 . Сравнение Ли и На.

Среди различных анодных материалов, описанных для SIB, сульфиды металлов (MS) привлекли большое внимание из-за их обратимости окислительно-восстановительных реакций, превосходной емкости и более высокой проводимости по сравнению с MO.Связь МС в МС более слабая, чем связь гомологичных МО в МО из-за разной электроотрицательности S и O, что облегчает химические реакции во время заряда-разряда (Li et al., 2015; Yu XY. Et al., 2016; Zheng et al. ., 2017). Например, нанолисты MoS ₂ в качестве анодного материала в SIB показали хорошую зарядно-разрядную емкость 386 мАч g ^-1 . Однако МС страдают от серьезных проблем, таких как увеличение объема во время процесса введения / экстракции Na ⁺ , медленная кинетика диффузии Na ⁺ и плохая электропроводность, что может привести к некоторым дефектам, сопровождающимся потерей емкости, плохим сроком службы и т.д. и неприемлемые показатели скорости.Известно, что многие исследования улучшают электрохимические характеристики этих анодных материалов за счет разумной конструкции конструкции (Zhou Q. et al., 2016; Hwang et al., 2017).

Наряду с МС, BMS также стали горячей темой, поскольку анодные материалы SIB с точки зрения их высокой электронной проводимости, хорошей электрохимической активности и сильной электрохимической управляемости (Li et al., 2013; Youn et al., 2016; Li Y. et al. ., 2017; Tang et al., 2017). Пока что BMS с разной морфологией и структурой (например,g., нанолисты, нанопластинки, нанотрубки, полые сферы типа «шарик в шарике», наночастицы и структуры, похожие на ежей) были описаны как высокоэффективные аноды в LIB (Chen T. et al., 2016; Li et al., 2016 ; Ma et al., 2016). К настоящему времени существует ряд замечательных работ по применению BMS в качестве анодных материалов в LIB. Синергетический эффект между BMS с более высокой теоретической емкостью и оптимизированной наноструктурой может более эффективно поддерживать механическую стабильность по сравнению с MO и MS (Lai et al., 2012; Kong et al., 2014; Чен Ю. и др., 2016; Wu et al., 2016). Одним из примеров является композит 0D / 1D C @ FeCo-S NDS / CNR, полученный гидротермальным методом (Gao et al., 2017), или порошки Fe-Ni-S со структурой желток-оболочка и (Ni _0,3 Co _0,7 ) ₉ S ₈ / N-CNT / композит rGO со сверхвысокой длительной циклической стабильностью и выдающимися характеристиками скорости в качестве анода для SIB. Причина может быть в их меньшем изменении объема и более высокой начальной кулоновской эффективности (ICE), что приводит к низкой необратимой емкости (Kim and Kang, 2017).Ли и его коллеги подготовили NiCo ₂ S ₄ с углеродом, легированным азотом, который служил анодным материалом для SIB, используя восходящую стратегию и, регулируя оптимальную область напряжения, выдающую емкость 570 мАч г ^-1 за 200 циклов при 0,2 А · г ⁻¹ (Li S. et al., 2019).

Кроме того, BMS обладают более высокой электронной проводимостью и более многочисленными окислительно-восстановительными реакциями, чем одиночные MS, что может значительно улучшить электрохимические характеристики.Однако существует лишь несколько обзоров, посвященных анодам на основе BMS для SIB (Yan et al., 2014; Fan et al., 2016; Chang et al., 2017). В этом обзоре систематически обсуждаются последние достижения анода BMS в SIB, различные стратегии синтеза и их механизмы накопления натрия, а также их ограничения. В конце представлены существующие проблемы и возможности для разработки высокоэффективных анодов BMS для SIB.

Механизм хранения натрия

Благодаря высокой теоретической удельной емкости и низкой стоимости BMS были подходящим классом анодных материалов как для LIB, так и для SIB (Duan et al., 2019). При использовании в SIB, BMS могут резервировать Na ⁺ через специальный механизм. В некоторых случаях процесс интеркаляции / деинтеркаляции или реакция удаления сплава происходит в процессе заряда-разряда, который зависит от BMS (Li Z. et al., 2017; Yan et al., 2017).

Как правило, в процессе первого разряда BMS (например, NiCo ₂ S ₄ (Zhang et al., 2018), CuCo ₂ S ₄ (Gong et al., 2018; Li Q. et al., 2018) др., 2019), Ti _0.25 Sn _0,75 S ₂ (Huang et al., 2018) и ZnSnS ₃ Jia et al., 2018; Liu et al., 2019), Na ⁺ интеркалируется в BMS, после чего происходит обратимая реакция превращения (Li S. et al., 2019). Принцип корреляционной реакции аналогичен принципу LIB. Тем не менее, есть некоторые различия в процессе реакции между SIB и LIB (Stephenson et al., 2014; Zhang et al., 2014). Первый процесс восстановления приписывается интеркалированию Na ⁺ в BMS без какого-либо фазового превращения, уравнение (1).В том же цикле происходят реакции превращения, как показано в уравнениях (2) и (3), которые обеспечивают впечатляющую способность вызывать структурную нестабильность (Jin et al., 2015; Song et al., 2017; Li S. et al. , 2019).

MSx + xNa ++ xe- → NaxMSx (1) NaxMSx + (2-x) Na ++ (2-x) e- → MS + Na2S (2) МС + 2Na ++ 2e- → M + Na2S (3)

В качестве другого типа механизма хранения Na, ZnSnS ₃ используется в качестве анода для SIB, Na ⁺ внедряется в слоистую структуру в начальном процессе содирования.В течение всего электрохимического процесса происходит комбинированный механизм преобразования и механизм удаления легирования сплава. Соответствующую реакцию можно изобразить следующим образом (например, ZnSnS ₃ ): (Fu et al., 2015; Qin et al., 2016b; Dong et al., 2017; Deng et al., 2018; Zhang Y. et al. др., 2019).

Реакция превращения: ZnSnS3 + 6Na ++ 6e- → Sn + Zn + 3Na2S (4) Реакция легирования: 4Sn + 13Zn + 16Na ++ 16e- → Na15Sn4 + NaZn13 (5)

Важно отметить, что во время электрохимического процесса электродов BMS (M = Zn, Co) обязательно должны происходить реакции превращения, и можно предположить следующие уравнения реакций, NiCo ₂ S ₄ можно использовать в качестве примера, в то время как Na _x MS _y является промежуточным продуктом реакции интеркаляции:

Разряд: MSx + xNa ++ xe- → NaxMSx (M = Ni / Co) 3.0-1,3 В (6) NaxMSx + (2-x) Na ++ (2-x) e- → MS + Na2S 1,3-0,6 В (7) МС + 2Na ++ 2e- → M + Na2S 0,6-0,1 В (8) NiCo2S4 + 8Na ++ 8e- → 4Na2S + Ni + 2Co 3,0-0,1 В (9) Заряд: Ni + Na2S → NiSx + 2Na 0,1-0,7 В (10) Co + Na2S → CoSx + 2Na1.7-3.0В (11) 2Na2S + Ni + Co → NiSx + CoSx + 4Na 0,1-3,0 В (12)

Синтез БМС с наноструктурами

Сольвотермальные методы

Являясь недорогим и экологически безопасным методом синтеза, сольвотермическая реакция эффективна для синтеза различных наноматериалов с несопоставимой морфологией, полными кристаллическими частицами, небольшими размерами частиц, однородным распределением, контролируемой стехиометрией и высокой кристалличностью.Благодаря указанным выше достоинствам сольвотермический метод получил широкое распространение при синтезе новых структур и материалов. В последние десятилетия этот метод часто использовался для получения материалов на основе оксидов и серы с идеальной структурой и контролируемым размером для SIB. В последние годы успешно синтезированы БМС различной морфологии сольвотермическим методом. Например, NiCo ₂ S ₄ наноточек с углеродом, легированным N (NiCo ₂ S ₄ @NC) (Li S.et al., 2019), NiCo ₂ S ₄ полая призма, обернутая восстановленным оксидом графена (RGO) (Zhang et al., 2018), N / S-rGO @ ZnSnS ₃ аморфный ZnSnS ₃ @ rGO (Liu et al., 2019), ((Ni _0,3 Co _0,7 ) ₉ S ₈ / N-CNTs / rGO) (Lv et al., 2018), (Co _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ / NC) (Cao et al., 2019), наночастицы CuCo ₂ S ₄ / rGO (Li Q. et al., 2019) и т. Д.Эти наноструктурированные материалы, синтезированные с помощью сольвотермического метода, обладают высокой управляемостью, отличными электрохимическими характеристиками, быстрыми ионами и путями переноса электронов, а также выдающимися скоростными характеристиками (Zhao and Manthiram, 2015; Liu et al., 2017; Jia et al., 2018; Chen et al. ., 2019).

Новый тип NiCo-композита с иерархической оболочкой из rGO ₂ S ₄ был синтезирован группой Инь путем кипячения с обратным холодильником и сольвотермических реакций. Как показано на рисунках 1A – C, изображения SEM показывают, что нанопризмы NiCo ₂ S ₄ с однородным размером плотно поглощаются отрицательно заряженными нанолистами оксида графена из-за электростатических взаимодействий между ними (Zhang et al., 2018). (Ni _0,3 Co _0,7 ) ₉ S _{Наночастицы 8} / N-CNT / rGO были также получены путем плотного роста in-situ на rGO, как показано на рисунке 1D (Lv et al., 2018). Chen et al. синтезировал фонарную архитектуру Ti _0,25 Sn _0,75 S ₂ с композитом MWCNTs с помощью гидротермального метода (рис. 1E) (Huang et al., 2018). В частности, уникальная архитектура с обильными порами и большой площадью поверхности может не только сократить путь прохождения Na ⁺ , но и зарезервировать большое пространство для увеличения объема.Группа Лю впервые разработала полые наномикрокубы ZnSnS ₃ с инкапсулированным N / S с двойным легированием rGO (подарено как N / S-rGO @ ZnSnS ₃ ). В процессе приготовления прекурсор ZnSn (OH) ₆ кубиков был успешно синтезирован с помощью простого метода соосаждения. После этого прекурсор был смешан с Na ₂ S, тиомочевиной и дисперсией GO, и, наконец, материал N / S-rGO @ ZnSnS ₃ был получен посредством типичной гидротермальной реакции (Рисунок 1F) (Liu et al., 2019). Все вышеупомянутые эксперименты проводились по двухэтапному методу. Тем не менее, недавно нанокомпозиты CuCo ₂ S ₄ / rGO были получены с помощью одностадийного сольвотермического метода группой Чжао, как схематически показано на рисунке 1G (Gong et al., 2018). Ян и др. также синтезировал анодный материал SIB без связующих с иерархической гибридной наноструктурой, которая состояла из массивов нанолистов NiMo ₃ S ₄ , выращенных на гибких углеродных тканях (обозначенных как NiMo ₃ S ₄ / CT) за один этап гидротермальный метод и последующий процесс после отжига (рис. 1H) (Kong et al., 2018).

Рис. 1. (A – C) СЭМ изображения предшественника NiCo, NiCo ₂ S ₄ и rGO-NiCo ₂ S ₄ , соответственно. Воспроизведено с разрешения Zhang et al. (2018) Авторское право 2018, Королевское химическое общество. (D) Схематическое изображение получения (Ni _0,3 Co _0,7 ) ₉ S ₈ / N-CNT / rGO. Воспроизведено с разрешения Lv et al. (2018) Авторское право 2018, Королевское химическое общество. (E) СЭМ-изображения фонарных частиц Ti _0,25 Sn _0,75 S ₂ микрочастиц. Воспроизведено с разрешения Huang et al. (2018) Авторские права 2018, Elsevier. (F) Схематическое изображение процесса получения ZnSnS ₃ и N / S-rGO @ ZnSnS ₃ . Воспроизведено с разрешения Liu et al. (2019) Авторские права 2019, Elsevier. (G) Схематическое изображение образования CuCo ₂ S ₄ / rGO.Воспроизведено с разрешения Gong et al. (2018) Авторские права 2018, Elsevier. (H) Схематическое изображение для синтеза трехмерных иерархических NiMo ₃ S ₄ массивов нанолистов на гибких углеродных тканях. Воспроизведено с разрешения Kong et al. (2018) Авторские права 2018, Elsevier.

Кроме того, нанолисты VMo ₂ S ₄ -rGO (Zhang K. et al., 2019), наночастицы ZnSnS ₃ @rGO (Jia et al., 2018), Cu ₂ MoS ₄ наночастиц (Чен и др., 2019), CuCo ₂ S ₄ субмикросфер (Li Q. et al., 2019) и нанобоксы CoSnS _x @NC (Liu et al., 2017) были успешно приготовлены с использованием аналогичного подхода. .

Распылительный пиролиз

Пиролиз распылением — популярный метод получения BMS с малым размером частиц и хорошей дисперсией. Действительно, распылительный пиролиз — это метод обработки, который рассматривается во многих исследованиях для получения тонких и толстых пленок, керамических покрытий и порошков. Он предлагает чрезвычайно простой подход для приготовления образцов любого состава.По сравнению с другими методами осаждения, пиролиз распылением представляет собой очень простой и относительно недорогой способ обработки.

Например, полая сфера Ni ₃ Co ₆ S ₈ -rGO с пластинчатыми нанокристаллами никель-кобальтового сульфида (Ni ₃ Co ₆ S ₈ ), равномерно распределенными на смятом Структура rGO (рис. 2A) путем пиролиза распылением была приготовлена ​​в качестве анода для SIB. Небольшие пластинчатые нанокристаллы Ni ₃ Co ₆ S ₈ были внедрены в rGO, в результате чего получился трехмерный полый взаимосвязанный нанокомпозит (рис. 2B) (Choi and Kang, 2015a).Кроме того, той же группой был приготовлен порошок твердого раствора со структурой желтка (Fe _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ с помощью процесса пиролиза распылением в одной емкости в качестве анода для SIB. В результате были достигнуты отличные электрохимические характеристики. Схематические диаграммы процесса подготовки показаны на рисунках 2C, D (Kim and Kang, 2017).

Рис. 2. (A) Схематическое изображение механизма образования порошка Ni ₃ Co ₆ S ₈ -rGO. (B) ПЭМ-изображение композитного порошка Ni ₃ Co ₆ S ₈ -rGO. Воспроизведено с разрешения Choi and Kang (2015a) Copyright 2015. Королевское химическое общество. (C) Схематические диаграммы для получения безуглеродистых порошков Fe – Ni – O (D) процессом сульфидирования. Воспроизведено с разрешения (Kim and Kang, 2017) Copyright 2017, Tsinghua University Press. (E) Схематическое изображение синтеза (SnCo) S ₂ / SG.Воспроизведено с разрешения Yang et al. (2019) Авторские права 2019. Wiley-VCH.

Основным преимуществом этого метода является то, что материалы электродов BMS могут быть синтезированы только в одну стадию и без каких-либо дополнительных обработок.

Метод соосаждения

Метод соосаждения использовался в последние годы для получения гомодисперсных наноструктурных материалов BMS в SIB. Доказано, что этот метод обладает выдающимися достоинствами, такими как легкое получение наноматериалов с высокой фазовой чистотой и получение нанопорошков с контролируемым размером частиц и однородным распределением.

Используя метод соосаждения, Yang et al. сообщили о разновидности нанокубов (SnCo) S ₂ / rGO (рис. 2E) (Yang et al., 2019). Кроме того, Оу и его коллеги синтезировали нанобоксы MnSn (OH) ₆ сначала посредством прямого процесса соосаждения, затем SnS ₂ / Mn ₂ SnS _{4 нанобокса} / C (SMS / C) были приготовлено влажно-химическим методом для лица. В качестве анодного материала для SIB электрод SMS / C может иметь высокий ICE 90.8%, отличная производительность (488,7 мАч г ^-1 при 10 А г ^-1 ) и стабильность при длительном цикле (522,5 мАч г ^-1 при 5 А г ^-1 сохраняется после 500 циклов) ( Ou et al., 2019).

Благодаря своим преимуществам, простоте эксплуатации, низкой стоимости и меньшему времени синтеза, метод соосаждения широко используется для получения BMS в качестве анодных материалов для SIB.

Другие методы

В дополнение к вышеупомянутым методам синтеза, все большее количество высокоэффективных способов было исследовано для получения BMS с различными структурами.Например, группа Sun сообщила о губчатом композите (ZnxCo _{1 − x} S QD @ HCP) @rGO посредством одновременного термического сульфидирования, карбонизации и восстановления. Полученные квантовые точки (QD) ZnxCo _{1 − x} S были равномерно распределены на мезопористой полоуглеродной полиэдрической (HCP) матрице и покрытии rGO с большой удельной поверхностью, обозначенном как [ZnxCo _{1 − x} S QD @ HCP] @rGO (Рисунки 3A, B) (Chen Z. et al., 2017; Hwang et al., 2017). Используя метод твердофазной реакции, Кренгель синтезировал частицы CuV ₂ S ₄ с широким распределением по размерам от 5 до 50 мкм (рис. 3C).Полученные продукты обеспечивали отличную стабильность при циклическом воздействии 580 мАч г ^-1 сохранялась после 500 циклов при 0,7 А г ^-1 и относительно высоком ICE 72,5% (Qin et al., 2016a; Xu et al., 2016 ; Zhou J. et al., 2016; Krengel et al., 2017).

Рис. 3. (A, B) СЭМ изображения композитов [Zn _x Co _{1 − x} S QD @ HCP] @rGO. Воспроизведено с разрешения Chen Z. et al. (2017) Copyright 2017. Wiley-VCH. (C) SEM изображение CuV ₂ S ₄ .Воспроизведено с разрешения Krengel et al. (2017) Copyright 2017. Американское химическое общество.

С развитием новых методов синтеза наноматериалов с уникальной структурой в EES было применено множество BMS с высокоэффективной наноструктурой. Сравнение структурных свойств, методов синтеза и ресурса S BMS приведено в таблице 2.

Таблица 2 . Сравнение структурных свойств, методов синтеза и S-ресурса BMS.

Как уже упоминалось, наноматериалы, полученные сольвотермическим методом, характеризуются хорошей морфологией кристаллов, контролируемым нанометровым размером и высокой чистотой. Однако масштабирование производства может оказаться затруднительным. В результате струйного пиролиза получаются порошковые материалы с достоинствами небольшого нанометрового размера и однородной дисперсии, но этот многообещающий метод требует специального оборудования со сложной работой. Несмотря на некоторые преимущества, заключающиеся в простоте эксплуатации, низкой стоимости и более коротком времени реакции, метод соосаждения по-прежнему вызывает некоторые проблемы, которые необходимо решить, например, скорость реакции не поддается контролю с сервером агломерации наноматериалов.Таким образом, желаемые материалы и материалы могут быть рассмотрены путем выбора подходящих стратегий синтеза для BMS (Lai et al., 2012; Palomares et al., 2012).

Приложения в SIBS

Переходные BMS

Принимая во внимание особый механизм реакции, обилие активных центров и короткие пути диффузии, наноматериалы переходных БМС имеют много преимуществ в качестве перспективных анодных материалов для СИП. Большой объем работ был посвящен разработке переходных анодов BMS в SIB.В этом разделе обсуждаются и рассматриваются переходные BMS как высокоэффективные анодные материалы SIB.

В некоторых случаях Fe – Ni – O со структурой желтка и скорлупы был разработан путем пиролиза распылением в одной емкости, как показано на рисунке 4A. При использовании в качестве анода в SIB, (Fe _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ показал емкость 527 мА · ч · г ^-1 при 1 А · г ^-1 после 100 циклов. Выдающиеся показатели скорости были также получены при емкости обратимого разряда 465 мАч g ^-1 при 5.0 A g ⁻¹ (Kim, Kang, 2017). Канг и др. исследовали FeS ₂ , легированный кобальтом, путем изменения содержания Co простым сольвотермическим методом. При первом использовании в качестве анодного материала в SIB FeS ₂ , легированный кобальтом, показал хорошие циклические и скоростные характеристики в диапазоне напряжений 0,8–2,9 В благодаря высокой производительности FeS ₂ и высокой емкости. CoS ₂ . Все образцы имели сферическую форму частиц со средним диаметром около 100 нм (рисунки 4B, C).Когда содержание Co увеличилось до 0,5, Co _0,5 Fe _0,5 S ₂ показал лучшие электрохимические характеристики. Как показано на рисунках 4D, E, стабильная удельная емкость 220 мАч g ^-1 была достигнута после 5000 циклов при 2 A g ^-1 (Zhang et al., 2016; Ge et al., 2017). Feng et al. использовали простой сольвотермический метод для синтеза субмикросфер CuCo ₂ S ₄ с размерами от 300 до 500 нм (рис. 4F). Уникальная структура и синергетические эффекты двойного металла CuCo ₂ S ₄ могут эффективно улучшить стабильность электродных материалов, избегая агрегации наноматериалов и сокращая пути диффузии ионов / электронов.Полученный композит CuCo ₂ S ₄ продемонстрировал отличную циклическую стабильность и высокую кулоновскую эффективность в качестве анода для SIB Рисунок 4G (Li Q. et al., 2019). Как показано на вставке к фиг. 4H, неправильный микрополиэдр CuV ₂ S ₄ был синтезирован методом твердотельной реакции. Возможность переключения CuV ₂ S ₄ , как показано на рисунке 4H, который показывает емкость 490 мАч g ^-1 при 0,15 A g ^-1 и 410 мАч g ^-1 при 0.7 А г ⁻¹ . Промежуточный продукт Na ₂ S матрица начинает участвовать в окислительно-восстановительном процессе, вызывая стабильное увеличение емкости до 580 мАч г ^-1 в течение первых 250 циклов при 0,7 А г ^-1 и поддерживая ее на этом уровне в течение следующие 50 циклов (Krengel et al., 2017).

Рис. 4. (A) ПЭМ-изображения порошка (Fe _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ порошок желтка и скорлупы. Воспроизведено с разрешения Kim and Kang (2017) Copyright 2017, Tsinghua University Press. (B, C) СЭМ- и ПЭМ-изображения образца Co _0,5 Fe _0,5 S ₂ . (D, E) Иллюстрация состава и циклических характеристик Na / Co _0,5 Fe _0,5 S ₂ полуячейка. Воспроизведено с разрешения Zhang et al. (2016) Авторские права 2016, Wiley-VCH. (F) СЭМ-изображение суб микросфер CuCo ₂ S ₄ ; (G) Циклические характеристики CuCo ₂ S ₄ .Воспроизведено с разрешения Li Q. et al. (2019) Авторские права 2019, Wiley-VCH. (H) Циклические характеристики и кулоновский КПД элементов CuV ₂ S ₄ , с использованием гальваностатического цикла при 0,15 A g ⁻¹ между 3 и 0,1 В и 3 и 0,01 В при 0,7 A g ⁻¹ . На вставке в (H) показана элементарная ячейка шпинельного типа. Воспроизведено с разрешения Krengel et al. (2017) Авторское право 2017 г., Американское химическое общество.

В заключение, обилие переходных металлов с различными валентными состояниями заставляет их проявлять высокую теоретическую удельную емкость во время электрохимических реакций.

Несмотря на многие преимущества BMS, все еще остаются проблемы с точки зрения медленной кинетики реакции, плохих электрохимических свойств из-за большого радиуса Na ⁺ и значительного изменения объема во время цикла. Чтобы преодолеть упомянутые выше ловушки, были введены материалы на основе углерода из-за их устойчивости к циклическим нагрузкам, обширных ресурсов и платформы с низким содержанием натрия. Действительно, покрытие и легирование BMS углеродными материалами использовались в качестве многообещающих методов для улучшения характеристик накопления ионов натрия в SIB, поскольку они могут улучшить электропроводность и поддерживать структурную стабильность BMS (Chen S.et al., 2017; Lin et al., 2018; Lv et al., 2018; Zhang et al., 2018).

Как типичный BMS, NiCo ₂ S ₄ привлек большое внимание благодаря своей превосходной электропроводности, чрезвычайно стабильным характеристикам электрохимического циклирования и выдающимся скоростным характеристикам. Тем не менее, его медленная кинетика Na ⁺ ограничивает продвижение этого анодного материала. Чтобы решить эту проблему, были исследованы композиты NiCo ₂ S ₄ с материалами на основе углерода, такими как углерод с примесью азота (NC), rGO и углеродные нанотрубки (CNT).Материалы на основе углерода могут не только улучшить электропроводность, но также предоставить больше активных центров для быстрого накопления Na ⁺ и уменьшить объемное расширение во время процесса заряда-разряда (Xiao et al., 2017). Например, Инь и др. сообщили об эффективности матрицы rGO в улучшении электрохимических свойств полой призмы NiCo ₂ S ₄ , подтвержденной ее циклическими характеристиками (рис. 5A). Во время процесса разряда полые наночастицы оболочки NiCo ₂ S ₄ будут схлопываться, когда Na ⁺ вставляется в анод, в то время как наноматериал NiCo ₂ S ₄ , завернутый в rGO, может хорошо сохраняться ( Рисунок 5B) (Zhang et al., 2018). Следовательно, ультратонкие нанолисты rGO с большой удельной поверхностью, активным центром и пористыми каналами обеспечивают выдающиеся электрохимические характеристики с хорошим накоплением натрия. Рисунок 5C иллюстрирует циклическую работу электрода Ni ₃ Co ₆ S ₈ @rGO при 0,5 A g ^-1 , полученного Кангом и др. с распределением пластинчатых нанокристаллов Ni ₃ Co ₆ S ₈ по смятой структуре rGO. Эти нанокристаллы имели емкость 298 мкм.1 мАч g ^-1 после 300 циклов при 25 мАч g ^-1 в качестве материала анода в SIB (Choi and Kang, 2015b). CuCo ₂ S _{Были синтезированы 4 нанокомпозитов} / rGO, которые показали емкость 433 мАч г ^-1 после 50 циклов при 0,1 А г ^-1 и показали отличную производительность при 336 мАч г ^-1 при 1 A g ⁻¹ (Gong et al., 2018).

Рис. 5. (A) Циклические характеристики NiCo ₂ S ₄ и rGO – NiCo ₂ S ₄ при 50 мА g ⁻¹ . (B) Схема процесса внедрения ионов натрия в NiCo ₂ S ₄ и rGO – NiCo ₂ S ₄ . Воспроизведено с разрешения Zhang et al. (2018) Copyright 2018. Королевское химическое общество. (C) Циклические характеристики (Ni, Co) O-rGO и Ni ₃ Co ₆ S ₈ — rGO при 0,5 A g ⁻¹ . Воспроизведено с разрешения Choi and Kang (2015a) Copyright 2015. Королевское химическое общество. (D) СЭМ изображения NiCo ₂ S ₄ -NC, (E) Циклические характеристики NiCo ₂ S ₄ -NC в различных электролитах при 1.0 A g ⁻¹ , (F) Циклические характеристики и кулоновский КПД NiCo ₂ S ₄ -NC в различных окнах напряжения отсечки при 0,2 A g ⁻¹ . Воспроизведено с разрешения Li S. et al. (2019) Авторские права 2019. Elsevier.

Более того, комбинируя с графеном, Ji et al. использовали восходящую стратегию для получения наноточек NiCo ₂ S ₄ , однородно включенных в углерод, легированный азотом (обозначенный как NiCo ₂ S ₄ -NC) (рис. 5D).Затем было исследовано влияние различных электролитов и окон напряжения на его электрохимические характеристики. Как показано на рисунке 5E, из-за гибкой одномерной цепной структуры DEGDME, ячейка с электролитом на основе простого эфира NaClO ₄ / DEGDME обеспечивает максимальную емкость 530 мАч g ^-1 при 1,0 A g ^{— 1} . Действительно, наилучший диапазон напряжений оказался равным 0,4–3,0 В, в котором ячейка может эффективно поддерживать обратимое фазовое превращение и избегать побочных реакций (рис. 5F) (Li S.и др., 2019). Chen et al. также синтезированы полые нанокубки Co ₈ FeS ₈ с покрытием из легированного N углеродом с большой площадью поверхности, малым сопротивлением переносу заряда и быстрым коэффициентом диффузии Na ⁺ . Кроме того, этой группой был получен слоистый Cu ₂ MoS ₄ -rGO с кристаллической структурой (Chen et al., 2019).

Co ₁ Zn ₁ -xS (600) — еще одна уникальная композитная структура, полученная путем простого сульфидирования и прокаливания.Эта особая структура может замедлить изменение объема во время электрохимического процесса, ускорить кинетику диффузии Na ⁺ и повысить электропроводность, что приводит к относительно низкой необратимой емкости и превосходным циклическим и скоростным характеристикам (рис. 6А). При использовании в SIB превосходная емкость 542 мАч г ^-1 может быть достигнута после 100 циклов при 0,1 А г ^-1 с впечатляющими характеристиками скорости 219,3 мАч г ^-1 при 10 А г ^{— 1} (Choi et al., 2015; Qin et al., 2016b; Fang G. et al., 2018; Wang et al., 2018). В другом исследовании был приготовлен подобный губке (Zn _x Co _{1 − x} S QD @ HCP) композит @rGO в сочетании с мезопористой полой углеродной полиэдральной (HCP) матрицей и листами, обернутыми rGO. Благодаря достоинствам этой структуры (Zn _x Co _{1 − x} S QD @ HCP) @rGO в качестве анода без связующего в SIB показал хорошую обратимую емкость и циклическую производительность (т. Е. 638 мАч g ^{— 1} при 0,3 A г ^-1 после 500 циклов), что было лучше, чем у монометаллического сульфида в тех же условиях (рис. 6B) (Chen Z.и др., 2017). Чтобы решить проблемы низкой плотности энергии и низкого срока службы при использовании в качестве анода в SIB, прекурсоры MOF были использованы для изготовления NC на месте, украшенных наноматериалами полых сфер BMS. Они приготовили твердый раствор (Co _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ в сочетании с in-situ NC [подарен как (Co _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ / NC], который показал превосходные свойства хранения Na.Действительно, хорошая удельная емкость 723,7 мАч g ^-1 поддерживалась после 100 циклов при 1 A g ^-1 с 83% кулоновской эффективностью по сравнению со вторым циклом. Впечатляющая способность к скорости 596,1 мАч g ^-1 была достигнута при 10 A g ^-1 с сохранением высокой емкости 60,2% при 0,1 A g ^-1 , демонстрируя отличные характеристики скорости. В результате модификации углерода и иерархической сферической структуры в процессе циклирования были достигнуты высокая электропроводность и механическая стабильность (Cao et al., 2019).

Рис. 6. (A) Циклические характеристики Co ₁ Zn ₁ -xS. Воспроизведено с разрешения Fang G. et al. (2018) Copyright 2018. Wiley-VCH. (B) Циклические характеристики композитов (ZnS QD @ HCP) @rGO и (Zn _x Co _{1 − x} S QD @ HCP) @rGO при 3 A g ⁻¹ . Воспроизведено с разрешения Chen Z. et al. (2017) Copyright 2017. Wiley-VCH.

Из-за присущих BMS недостатков материалы электродов очень чувствительны к расширению, а затем легко отделяются от токосъемника во время цикла.Соответствующие результаты показали, что модификация углерода и оптимизация наноструктуры являются хорошим выбором для получения высокоэффективной системы хранения ионов натрия. Кроме того, Ян и др. разработали электродный материал без связующего в качестве анода SIB, который имеет массивы нанолистов NiMo ₃ S ₄ / CTs с иерархической гибридной наноструктурой (Kong et al., 2018). Следовательно, он обеспечивал высокую емкость накопления натрия и отличную производительность при циклических нагрузках.

За последнее десятилетие было проведено большое количество исследований по изучению превосходных электродных материалов для хранения натрия.Следовательно, подробное сравнение электрохимических характеристик анодов BMS в SIB представлено в таблице 3.

Таблица 3 . Сравнение электрохимических характеристик анодов BMS в SIB.

Смешанные BMS

BMS на основе олова (ZnSnS ₃ , CoSnS _x ) продемонстрировали высокую емкость в качестве анодов SIB и привлекли большое внимание из-за большого расстояния между слоями, обусловленного их слоистой структурой типа CdI2, и высокой теоретической емкости благодаря сочетание конверсионного и легирующего типов механизма электрохимической реакции (Qu et al., 2014; Choi et al., 2015; Cho et al., 2016; Лу и др., 2016). Однако важно решить проблемы, связанные с расширением большого объема и их низкой проводимостью. Поэтому для изменения электрохимических свойств BMS требуются структурная инженерия и внедрение углеродных материалов.

Наночастицы сульфида цинка и олова @ rGO (ZnSnS ₃ @rGO) были получены Zhang et al. путем сочетания сольвотермической реакции с процессом отжига. При использовании в SIB превосходная производительность Na-хранилища с большой удельной емкостью (472.2 мАч г ^-1 при 0,1 А г ^-1 ), высокая емкость (165,8 мАч г ^-1 при 2 А г ^-1 ) и сверхдлительный срок службы (401,2 мАч г ^-1 при 0,1 А · г ⁻¹ после 200 циклов) (Jia et al., 2018). Таким образом, представленная конструкция композитного анода обеспечивает новые изменения для разработки высокостабильных анодных материалов, которые обладают превосходной проводимостью и высокой адаптируемостью к большим изменениям объема во время процесса натрирования / десодиации.Лю и др. разработали наноструктуру ZnSnS ₃ с полыми нано-микрокубиками с помощью соосаждения и гидротермальных методов. После этого процесса было нанесено покрытие на rGO с двойным легированием N / S (N / S-rGO @ ZnSnS ₃ ) (рис. 7A, B) для улучшения кинетики медленной реакции и плохих электрохимических свойств BMS. В результате приготовленный композит N / S-rGO @ ZnSnS ₃ показал высокую удельную емкость 501,7 мА · ч · г ^-1 после 100 циклов при 0,1 А · г ^-1 и превосходный длительный срок службы 290 циклов.7 мАч г ^-1 после 500 циклов при 1 А г ^-1 . Между тем, поддерживалась высокоскоростная емкость 256,6 мАч g ^-1 при 2 A g ^-1 (Рисунки 7C, D). Такие выдающиеся характеристики были в первую очередь приписаны покрытию из двойного легированного rGO, которое обеспечивает некоторые синергетические преимущества для EES, а именно: (1) из-за сильной полярности области легирования, которая сдерживает агрегацию приготовленного rGO; (2) повышение электропроводности за счет уменьшения полупроводникового зазора; (3) из-за недостатков обладают высокой электроотрицательностью, могут легко притягивать положительные ионы, что приводит к увеличению количества ионов щелочных металлов; (4) из-за эффекта адсорбции между анодом и rGO, который усиливает структурную стабильность (Liu et al., 2019). Кроме того, Chen et al. вводит титан в кристаллическую структуру SnS ₂ , чтобы частично заменить олово, образуя подобный фонарю Ti _0,25 Sn _0,75 S ₂ с последующим покрытием одномерных многостенных углеродных нанотрубок (MWCNT) (обозначенных как Ti _0,25 Sn _0,75 S ₂ @MWCNTs) для улучшения дефектов объемного расширения SnS ₂ и низкой проводимости. Благодаря своей фонарно-подобной структуре с большой удельной поверхностью электролит мог полностью проникать в Ti _0.25 Sn _0,75 S ₂ @MWCNT, увеличивающие перенос электронов / ионов во время циклирования. Высокая удельная емкость 307 мАч g ^-1 была получена после 1000 циклов при 0,4 A g ^-1 во время процесса электрохимических испытаний (Huang et al., 2018). Монокристаллические мезопористые нанобоксы CoSn (OH) ₆ также были синтезированы методом соосаждения. TAA использовался в качестве ресурса S для достижения CoSnSx с помощью сольвотермического метода с последующим нанесением полимерного покрытия и карбонизацией дофамином при более высокой температуре в потоке N ₂ для получения электродных материалов CoSnS _x @NC.Впоследствии были исследованы характеристики накопления Na и влияние содержания углерода на электрохимические свойства нанобоксов CoSnS _x @NC. Результаты показали, что наилучшее количество углерода составляет 36,8 мас.% Для защиты нанобоксов от разрушения во время глубоких циклов. Электрод показал отличные циклические характеристики и достиг высокой емкости 300 мАч г ^-1 с высокой кулоновской эффективностью почти 100% после 500 циклов, а также выдающимся длительным циклом работы 180 мАч г ^-1 после 4000 циклов при 1 A g ^-1 (Рисунок 7E) (Liu et al., 2017). Более того, Ou et al. с помощью метода лицевого соосаждения приготовили гетероструктурированные нанобоксы SnS ₂ / Mn ₂ SnS ₄ / углерод размером около 100 нм. При оценке в качестве анодного материала в SIB особая структура между SnS ₂ и Mn ₂ SnS ₄ может облегчить изменение объема в результате массового электрохимического процесса, предотвратить когезию наночастиц Sn и повысить обратимость реакция превращения-легирования.Он также продемонстрировал высокий ICE 90,8%, выдающуюся стабильность при длительном цикле 522,5 мАч g ⁻¹ после 500 циклов при 5 A g ⁻¹ и замечательную производительность (752,3, 604,7, 570,1, 546,9, 519,7 и 488,7 мАч г ^-1 при 0,1, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0 и 10,0 А г ^-1 соответственно). Обладая преимуществами этих преимуществ (огромная удельная поверхность, большое количество активных центров и высокая электропроводность) углеродных материалов, полученный композитный электрод показал впечатляющие электрохимические характеристики (Ou et al., 2019). Ян и др. сообщили о новом материале, состоящем из нанокубов (SnCo) S ₂ , чередующихся с двумерными нанолистами легированного серой графена (SG) ((SnCo) S ₂ / SG), синтезированных с помощью простого метода соосаждения и отжига. Он продемонстрировал отличную обратимую емкость 487 мА · ч g ⁻¹ для 5000 циклов при 5 A g ⁻¹ , а также высокую сохраняемость емкости 92,6% (Yang et al., 2019).

Рис. 7. (A, B) FESEM-изображения ZnSnS ₃ и N / S-rGO @ ZnSnS ₃ , (C, D) Скорость и циклические характеристики N / S-rGO, ZnSnS ₃ , и Н / С-рГО @ ZnSnS _{3 электродов} .Воспроизведено с разрешения Liu et al. (2019) Авторские права 2019. Elsevier. (E) Долговременная стабильность аморфных нанобоксов CoSnS _x @NC с различным содержанием углерода, нанобоксов аморфного CoSnS _x , кристаллического CoS-Sn ₂ S ₃ нанобоксов @NC и N- легированный углерод при 1,0 А г ^-1 . На вставке в (E) показаны циклические характеристики и кулоновская эффективность электрода CoSnS _x @NC в виде нанобоксов при 0,2 A g ^-1 .Воспроизведено с разрешения Liu et al. (2017) Copyright 2017. Королевское химическое общество.

Другие BMS

В дополнение к вышеупомянутым BMS, Manthiram et al. сообщили о кластере наностержней Bi _0,94 Sb _1,06 S ₃ -графит в качестве анодного материала SIB. Они обнаружили, что создание твердых растворов можно рассматривать как идеальный метод исследования новых анодных материалов с превосходными электрохимическими характеристиками для SIB. Би _0,94 Сб _1.06 S ₃ -графитовый анод показал замечательную емкость 380 мАч g ⁻¹ после 200 циклов при 1 A g ⁻¹ , что выше, чем у Sb ₂ S ₃ -графит электрод (~ 50 мАч г ^-1 ) и Bi ₂ S ₃ -графитовый электрод (~ 210 мАч г ^-1 ). Это означает, что биметаллические атомы могут не только повысить устойчивость электродных материалов к циклированию, но и улучшить их емкость (Zhao and Manthiram, 2015).Чжун и др. успешно спроектировал новый композитный микрорельеф, подобный гортензии, желтку и скорлупе, самособирающийся с помощью нанолистов для SIBs. Соответственно, высокая емкость 607,14 мАч г ^-1 была доставлена ​​при 0,05 А г ^-1 , наряду с уменьшением объемного расширения и повышением стабильности при циклировании в значительной степени благодаря уникальной структуре материала электродов (Zhong и др., 2019). Кроме того, производительность различных материалов BMS показана на Рисунке 8, а сравнение характеристик цикла BMS и MS приведено в Таблице 4.

Рисунок 8 . Расчетная способность при различных плотностях тока от 0,1 до 5 А г ^-1 для различных биметаллических сульфидов в SIB. Ссылка 1 (Choi and Kang, 2015a), ссылка 2 (Chen J. et al., 2017), ссылка 3 (Zhang et al., 2016), ссылка 4 (Yang et al., 2019), ссылка .5 (Lv et al., 2018), ссылка 6 (Zhang et al., 2018), ссылка 7 (Gong et al., 2018), ссылка 8 (Huang et al., 2018), ссылка 9 (Liu et al., 2017), ссылка 10 (Liu et al., 2019), ссылка 11 (Zhang K. et al., 2019), ссылка 12 (Jia et al., 2018), ссылка.13 (Cao et al., 2019), ссылка 14 (Chen et al., 2019), ссылка 15 (Ou et al., 2019), ссылка 16 (Li Q. et al., 2019), ссылка. 17 (Kong et al., 2018), ссылка 18 (Kim and Kang, 2017), ссылка 19 (Zhao and Manthiram, 2015), ссылка 20 (Krengel et al., 2017).

Таблица 4 . Сравнение электрохимических характеристик анодов BMS и MS в SIB.

Выводы и перспективы

В этом обзоре систематизированы последние разработки BMS в качестве анодных материалов для SIB.БМС демонстрируют очевидные достоинства относительно высокой электропроводности и электрохимической активности. Более того, значительный эффект самоматрицы и самопроводимости из-за реакции двух металлических элементов с Na может быть полностью эффективным. Действительно, из-за наличия «синергетического эффекта» непрореагировавшая часть может служить временным демпфером / проводником для прореагировавшей из-за их разного окислительно-восстановительного потенциала (Pumera et al., 2014; Wang et al., 2014; Chang et al., 2016; Liu et al., 2019).В этом обзоре, во-первых, были представлены стратегии синтеза BMS. Затем были обсуждены механизмы накопления Na в различных BMS в процессе заряда-разряда. Что еще более важно, применение BMS в качестве анодов SIB систематически анализировалось, и в то же время высказывались глубокие ожидания относительно его будущего развития.

Чтобы избежать потери емкости анодных материалов BMS, первая стратегия заключается в разработке новых наноструктур с подходящим пустым пространством, чтобы уменьшить влияние объемного расширения и сжатия во время процесса реакции (Palomares et al., 2012; Slater et al., 2013; Оу и др., 2016; Путунган и др., 2016; Шен и др., 2016; Су и др., 2016). В качестве второй стратегии интеграция с другими электрохимически стабильными материалами может не только ограничить объемное расширение, но также повысить общую электропроводность анода. Кроме того, растворение полисульфидов в электролите во время электрохимического процесса можно до некоторой степени подавить (Wang et al., 2018). До сих пор многие аноды BMS в SIB, о которых сообщалось, относятся к их комбинации с материалами на основе углерода.Таким образом, для разработки анодных материалов SIB важно полностью изучить достоинства наноструктурированных материалов (Lu et al., 2017; Ma et al., 2018). В будущем необходимо приложить гораздо больше усилий, чтобы преодолеть недостаток плохой длительной езды на велосипеде. Ожидается, что использование рационально спроектированных структур в BMS может эффективно улучшить электрохимические характеристики в SIB (Kim et al., 2012; Jiang et al., 2014; Su et al., 2015; Gao et al., 2017; Hwang и др., 2017).

Несмотря на то, что к настоящему времени выполнены все новые работы, необходимо еще больше времени и усилий направить на эффективное улучшение электрохимических свойств BMS, чтобы проложить путь их практического применения в SIB в ближайшем будущем.

Авторские взносы

YH, DX и XL внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. YH организовал базу данных, выполнил статистический анализ и написал рукопись с помощью HM, JP, YiL, YuL, DL, QS и XS. Все авторы одобрили окончательную версию рукописи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы искренне благодарны за поддержку Фонда естественных наук провинции Цинхай в Китае (2020-ZJ-910), Национального фонда естественных наук Китая (51672189) и Тяньцзиньского научно-технологического проекта (18PTZWHZ00020).

Список литературы

Цао, Д., Кан, В., Ван, С., Ван, Ю., Сун, К., Ян, Л. и др. (2019). In situ модифицированный углерод, легированный азотом (Co _0,5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ полых сфер в виде твердых растворов в качестве анодов большой емкости для натрий-ионных аккумуляторов. J. Mater. Chem. А 7, 8268–8276. DOI: 10.1039 / C9TA00709A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цао, X., Тан, К., Синдоро, М., и Чжан, Х. (2017). Гибридные микро- / наноструктуры, полученные из металлоорганических каркасов: подготовка и применение в накоплении и преобразовании энергии. Chem. Soc. Ред. 46, 2660–2677. DOI: 10.1039 / C6CS00426A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанг, К., Хай, X., и Йе, Дж.(2016). Дисульфиды переходных металлов как альтернативные благородные металлы сокатализаторы для производства солнечного водорода. Adv. Energy Mater. 6: 1502555. DOI: 10.1002 / aenm.201502555

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chang, L., Wang, K., Huang, L.A., He, Z., Zhu, S., Chen, M., et al. (2017). Иерархическая пленка из микроцветов CoO с отличными электрохимическими характеристиками накопления лития / натрия. J. Mater. Chem. А 5, 20892–20902. DOI: 10.1039 / C7TA05027E

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Че, Х., Chen, S., Xie, Y., Wang, H., Amine, K., Liao, X-Z., Et al. (2017). Стратегии разработки электролитов и результаты исследований натриево-ионных аккумуляторов, работающих при комнатной температуре. Energy Environ. Sci. 10, 1075–1101. DOI: 10.1039 / C7EE00524E

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Дж., Ли, С., Кумар, В., и Ли, П. С. (2017). Биметаллические полые нанокубки из сульфида с углеродным покрытием в качестве усовершенствованного анода для ионно-натриевой батареи. Adv. Energy Mater. 7: 1700180. DOI: 10.1002 / aenm.201700180

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, J., Mohrhusen, L., Ali, G., Li, S., Chung, K. Y., Al-Shamery, K., et al. (2019). Исследование электрохимического механизма полых наносфер Cu ₂ MoS ₄ для быстрого и стабильного хранения ионов натрия. Adv. Функц. Матер. 29: 1807753. DOI: 10.1002 / adfm.201807753

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, S., Wu, C., Shen, L., Zhu, C., Huang, Y., Xi, K., et al.(2017). Проблемы и перспективы для электродных материалов типа NASICON для перспективных натриево-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 29: 1700431. DOI: 10.1002 / adma.201700431

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, T., Cheng, B., Chen, R., Hu, Y., Lv, H., Zhu, G., et al. (2016). Иерархические тройные карбидные наночастицы / углеродные нанотрубки со вставленными N-легированными углеродными вогнутыми многогранниками для эффективного хранения лития и натрия. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 8, 26834–26841.DOI: 10.1021 / acsami.6b08911

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю., Ю, X., Ли, З., Пайк, У., и Лу, X. Д. (2016). Иерархический MoS ₂ трубчатые структуры с внутренними связями углеродными нанотрубками в качестве высокостабильного анодного материала для литий-ионных аккумуляторов. Sci. Adv. 2: e1600021. DOI: 10.1126 / sciadv.1600021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, З., Ву, Р., Лю, М., Ван, Х., Xu, H., Guo, Y., et al. (2017). Общий синтез двойных углеродных квантовых точек сульфидов металлов в направлении высокоэффективных анодов для натрий-ионных аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 27: ​​1702046. DOI: 10.1002 / adfm.201702046

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чо, Э., Сонг, К., Пак, М. Х., Нам, К. В., и Кан, Ю. М. (2016). Цветы SnS 3D с превосходными кинетическими свойствами для анодного использования в натриевых аккумуляторных батареях нового поколения. Малый 12, 2510–2517.DOI: 10.1002 / smll.201503168

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чой, С. Х., и Кан, Ю. К. (2015a). Синергетические композиционные и морфологические эффекты для улучшенных свойств накопления Na ⁺ для Ni ₃ Co ₆ S ₈ -восстановленных композитных порошков оксида графена. Наноразмер 7, 6230–6237. DOI: 10.1039 / C5NR00012B

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цой, С.Х., Канг Ю.С. (2015b). Синергетический эффект структуры желточной оболочки и равномерного перемешивания нанокристаллов SnS-MoS ₂ для улучшенных возможностей хранения Na-ионов. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 7, 24694–24702. DOI: 10.1021 / acsami.5b07093

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чой, С. Х., Ко, Ю. Н., Ли, Дж. К., и Канг, Ю. К. (2015). 3D MoS ₂ — микросферы графена, состоящие из множества наносфер с превосходными свойствами хранения ионов натрия. Adv. Функц. Матер. 25, 1780–1788. DOI: 10.1002 / adfm.201402428

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Deng, P., Yang, J., He, W., Li, S., Zhou, W., Tang, D., et al. (2018). Наночастицы Sb с добавлением олова ₂ S ₃ , равномерно привитые на графен, эффективно улучшают характеристики накопления ионов натрия. ChemElectroChem 5, 811–816. DOI: 10.1002 / celc.201800016

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Донг, С., Ли, К., Ге, X., Ли, З., Мяо, X., и Инь, Л. (2017). ZnS-Sb ₂ S ₃ @C структура многогранника ядро-двойная оболочка, полученная из металлоорганического каркаса в качестве анодов для высокоэффективных ионно-натриевых батарей. САУ Нано 11, 6474–6482. DOI: 10.1021 / acsnano.7b03321

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ду, Ю., Чжу, X., Чжоу, X., Ху, Л., Дай, З., и Бао, Дж. (2015). Co ₃ S ₄ пористых нанолистов, внедренных в листы графена в качестве высокоэффективных анодных материалов для хранения лития и натрия. J. Mater. Chem. А 3, 6787–6791. DOI: 10.1039 / C5TA00621J

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дуань, Дж., Тан, X., Дай, Х., Ян, Ю., Ву, В., Вэй, X., и др. (2019). Создание безопасных литий-ионных аккумуляторов для электромобилей: обзор. Электрохим. Energy Rev. 3, 1–42. DOI: 10.1007 / s41918-019-00060-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фан, Л., и Ли, X. (2018). Последние достижения в области эффективной защиты анода из металлического натрия. Nano Energy 53, 630–642. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2018.09.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fan, L., Li, X., Yan, B., Feng, J., Xiong, D., Li, D., et al. (2016). Контролируемая кристалличность SnO ₂ эффективно доминирует над характеристиками накопления натрия. Adv. Energy Mater. 6: 1502057. DOI: 10.1002 / aenm.201502057

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fang, G., Wu, Z., Zhou, J., Zhu, C., Cao, X., Lin, T., et al.(2018). Наблюдение псевдоемкостного эффекта и быстрой диффузии ионов в биметаллических сульфидах в качестве перспективного анода натрий-ионной батареи. Adv. Energy Mater. 8: 1703155. DOI: 10.1002 / aenm.201703155

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фанг, Ю., Сяо, Л., Чен, З., Ай, X., Цао, Ю. и Ян, Х. (2018). Последние достижения в области материалов для натрий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Энергия. Ред. 1, 294–323. DOI: 10.1007 / s41918-018-0008-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fu, Y., Zhang, Z., Yang, X., Gan, Y., and Chen, W. (2015). Наночастицы ZnS, внедренные в пористые углеродные матрицы в качестве анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. RSC Adv. 5, 86941–86944. DOI: 10.1039 / C5RA15108B

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гао, X., Ван, Дж., Чжан, Д., Адаир, К., Фэн, К., Сан, Н., и др. (2017). Биметаллические сульфидные наноточки с углеродным покрытием / гетероструктура углеродных наностержней, обеспечивающая длительный срок службы литий-ионных аккумуляторов. J. Mater. Chem. А 5, 25625–25631.DOI: 10.1039 / C7TA06849B

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ge, X., Li, Z., and Yin, L. (2017). Металлоорганические каркасы, полученные из пористых многогранников ядро ​​/ оболочкаCoP @ C, закрепленных на трехмерных сетках из восстановленного оксида графена в качестве анода для натрий-ионной батареи. Nano Energy 32, 117–124. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2016.11.055

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гун Ю., Чжао Дж., Ван Х. и Сюй Дж. (2018). CuCo ₂ S ₄ / Нанокомпозиты из восстановленного оксида графена, синтезированные одностадийным сольвотермическим методом, в качестве анодных материалов для натриево-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 292, 895–902. DOI: 10.1016 / j.electacta.2018.09.194

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуан Ю., Се М., Ван З., Цзян Ю., Сяо Г., Ли С. и др. (2018). Кинетика быстрого накопления натрия в фонарном Ti _0,25 Sn _0,75 S ₂ , связанных углеродными нанотрубками. Energy Storage Mater. 11, 100–111. DOI: 10.1016 / j.ensm.2017.10.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзя, Х., Dirican, M., Sun, N., Chen, C., Yan, C., Zhu, P., et al. (2018). Усовершенствованный анодный материал ZnSnS ₃ @rGO для превосходного накопления ионов натрия и лития со сверхдлительным сроком службы. ChemElectroChem 6, 1183–1191. DOI: 10.1002 / celc.201801333

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jiang, Y., Hu, M., Zhang, D., Yuan, T., Sun, W., Xu, B., et al. (2014). Оксиды переходных металлов для анодов высокоэффективных ионно-натриевых аккумуляторных батарей. Nano Energy 5, 60–66.DOI: 10.1016 / j.nanoen.2014.02.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзинь, Р., Лю, Д., Лю, К., и Лю, Г. (2015). Иерархический NiCo ₂ S ₄ полых сфер как высокоэффективный анод для литий-ионных аккумуляторов. RSC Adv. 5, 84711–84717. DOI: 10.1039 / C5RA14412D

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кан В., Ван Ю. и Сюй Дж. (2017). Недавний прогресс в создании слоистых наноструктур из дихалькогенидов металлов в качестве электродов для высокоэффективных натриево-ионных батарей. J. Mater. Chem. А 5, 7667–7690. DOI: 10.1039 / C7TA00003K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kim, H., Lim, E., Jo, C., Yoon, G., Hwang, J., Jeong, S., et al. (2015). Упорядоченно-мезопористый композит Nb ₂ O ₅ / углерод в качестве материала для вставки натрия. Nano Energy 16, 62–70. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2015.05.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Дж. Х., и Канг, Ю. К. (2017). Желточно-ракушечная структура (Fe _0.5 Ni _0,5 ) ₉ S ₈ твердые порошки: синтез и применение в качестве анодных материалов для Na-ионных аккумуляторов. Nano Res. 10, 3178–3188. DOI: 10.1007 / s12274-017-1535-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, С.-З., Сео, Д.-Х., Ма, X., Седер, Г., и Кан, К. (2012). Электродные материалы для перезаряжаемых натрий-ионных батарей: потенциальные альтернативы нынешним литий-ионным батареям. Adv. Energy Mater. 2, 710–721.DOI: 10.1002 / aenm.201200026

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kong, D., Wang, Y., Lim, Y. V., Huang, S., Zhang, J., Liu, B., et al. (2018). Трехмерные иерархические массивы NiMo с большим количеством дефектов ₃ S ₄ массивов нанолистов, выращенных на углеродном текстиле для высокоэффективных натрий-ионных батарей и реакции выделения водорода. Nano Energy 49, 460–470. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2018.04.051

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Конг, С., Цзинь, З., Лю, Х., Ван, Ю. (2014). Морфологическое влияние графеновых нанолистов на ультратонкие нанолисты CoS и их применение для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов и фотокатализа. J. Phys. Chem. C 118, 25355–25364. DOI: 10.1021 / jp508698q

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Krengel, M., Hansen, A. L., Kaus, M., Indris, S., Wolff, N., Kienle, L., et al. (2017). CuV ₂ S ₄ : высокая емкость и стабильный анодный материал для ионно-натриевых батарей. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9, 21283–21291. DOI: 10.1021 / acsami.7b04739

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кунду Д., Талаи Э., Даффорт В. и Назар Л. Ф. (2015). Возникающая химия натриево-ионных аккумуляторов для электрохимического хранения энергии. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 54, 3431–3448. DOI: 10.1002 / anie.201410376

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лай, Ц-Х., Лу, М-У., и Чен, Л. Дж. (2012). Наноструктуры сульфидов металлов: синтез, свойства и применение в преобразовании и хранении энергии. J. Mater. Chem. 22, 19–30. DOI: 10.1039 / C1JM13879K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Л., Пэн, С., Ву, Х. Б., Ю, Л., Мадхави, С., и Лу, X. W. D. (2015). Гибкий квазитвердотельный асимметричный электрохимический конденсатор на основе иерархических пористых нанолистов V ₂ O ₅ на углеродных нановолокнах. Adv.Energy Mater. 5: 1500753. DOI: 10.1002 / aenm.201500753

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К., Цзяо, К., Фэн, X., Чжао, Ю., Ли, Х., Фэн, К. и др. (2019). Синтез CuCo в одном резервуаре ₂ S ₄ субмикросфер для высокоэффективных литий- / натрий-ионных аккумуляторов. ChemElectroChem 6, 1558–1566. DOI: 10.1002 / celc.201₉

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С., Ге, П., Цзян, Ф., Шуай, Х., Сюй, В., Jiang, Y., et al. (2019). Продвижение никель-кобальт-сульфида как сверхбыстрых материалов с высоким содержанием натрия: влияние морфологической структуры, фазового развития и свойств границы раздела. Energy Storage Mater. 16, 267–280. DOI: 10.1016 / j.ensm.2018.06.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, X., Ху, Ю., Лю, Дж., Лашингтон, А., Ли, Р., и Сан, X. (2013). Структурно адаптированные графеновые нанолисты в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов: понимание, обеспечивающее исключительно высокую производительность хранения лития. Nanoscale 5, 12607–12615. DOI: 10.1039 / c3nr04823c

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, X., и Ван, C. (2012). Значительно увеличены циклические характеристики нового анода «самоматрица» NiSnO ₃ в литий-ионных батареях. RSC Adv. 2, 6150–6154. DOI: 10.1039 / c2ra20527k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Ю., Ху, И-С., Ци, Х., Ронг, X., Ли, Х., Хуанг, X., и др. (2016).Усовершенствованные натриево-ионные батареи с превосходным недорогим пиролизованным антрацитовым анодом: к практическому применению. Energy Storage Mater. 5, 191–197. DOI: 10.1016 / j.ensm.2016.07.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю., Чжэн Ю., Яо Дж., Сяо Дж., Ян Дж. И Сяо С. (2017). Простой синтез собранных из нанокристаллов полых микросфер NiO в форме гнезда с превосходными характеристиками накопления лития. RSC Adv. 7, 31287–31297. DOI: 10.1039 / C7RA05373H

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, Z., Zhang, L., Ge, X., Li, C., Dong, S., Wang, C., et al. (2017). Пористые микрокубы из CoP / FeP со структурой ядро-оболочка, соединенные восстановленным оксидом графена в качестве высокоэффективных анодов для ионно-натриевых батарей. Nano Energy 32, 494–502. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2017.01.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лин, Ю., Цю, З., Ли, Д., Уллах, С., Хай, Ю., Синь, Х. и др. (2018).NiS ₂ @CoS ₂ нанокристаллов, заключенных в углеродные нанокубики с примесью азота для высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов. Energy Storage Mater. 11, 67–74. DOI: 10.1016 / j.ensm.2017.06.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю X., Хао Й., Шу Дж., Сари, Х. М. К., Лин, Л., Коу, Х. и др. (2019). Двойное легирование восстановленного оксида графена азотом / серой с получением полых наномикрокубов ZnSnS ₃ с превосходным хранением натрия. Нано Энергия 57, 414–423. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2018.12.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, X., Ван, Y., Wang, Z., Zhou, T., Yu, M., Xiu, L., et al. (2017). Достижение сверхдлительного хранения натрия в нанобоксах из аморфного бинарного сульфида кобальта и олова, заключенных в углеродную оболочку с примесью азота. J. Mater. Chem. А 5, 10398–10405. DOI: 10.1039 / C7TA01701D

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу, Х., Чен, Р., Ху, Ю., Ван, X., Ван, Ю., Ма, Л. и др. (2017). Восходящий синтез легированных азотом пористых углеродных каркасов для хранения лития и натрия. Nanoscale 9, 1972–1977. DOI: 10.1039 / C6NR08296C

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу, Ю., Чжао, К., Чжан, Н., Лэй, К., Ли, Ф., и Чен, Дж. (2016). Легкий синтез распылением и высокоэффективное накопление натрия мезопористых микросфер MoS ₂ / C. Adv. Функц. Матер. 26, 911–918. DOI: 10.1002 / adfm.201504062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lv, J., Bai, D., Yang, L., Guo, Y., Yan, H., and Xu, S. (2018). Биметаллические сульфидные наночастицы, заключенные в двойные углеродные наноструктуры в качестве анодов для литий- / натрий-ионных аккумуляторов. Chem. Commun. 54, 8909–8912. DOI: 10.1039 / C8CC04318C

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, L., Chen, R., Hu, Y., Zhu, G., Chen, T., Lu, H., et al. (2016). Иерархические пористые богатые азотом углеродные наносферы с высокими и прочными возможностями для хранения лития и натрия. Nanoscale 8, 17911–17918. DOI: 10.1039 / C6NR06307A

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, L., Gao, X., Zhang, W., Yuan, H., Hu, Y., Zhu, G., et al. (2018). Сверхвысокая скорость и сверхдлительная устойчивость натрий-ионных аккумуляторов при циклической работе благодаря морщинистым черным нанолистам диоксида титана с большим количеством кислородных вакансий. Nano Energy 53, 91–96. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2018.08.043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Maleki Kheimeh Sari, H., и Ли, X. (2019). Управляемая граница раздела катод – электролит Li [Ni _0,8 Co _0,1 Mn _0,1 ] O ₂ для литий-ионных аккумуляторов: обзор. Adv. Energy Mater. 9: 1_{7. DOI: 10.1002 / aenm.2017}

CrossRef Полный текст

Мэн, X. (2017). Модификации поверхности в атомном масштабе и новые конструкции электродов для высокоэффективных натриево-ионных аккумуляторов посредством осаждения атомных слоев. J. Mater. Chem. А 5, 10127–10149.DOI: 10.1039 / C7TA02742G

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ортис-Виториано Н., Дрюетт Н. Э., Гонсало Э. и Рохо Т. (2017). Высокоэффективные катоды на основе слоистого оксида марганца: решение проблем, связанных с ионно-натриевыми батареями. Energy Environ. Sci. 10, 1051–1074. DOI: 10.1039 / C7EE00566K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ou, X., Cao, L., Liang, X., Zheng, F., Zheng, H. S., Yang, X., et al. (2019). Изготовление гетероструктур SnS ₂ / Mn ₂ SnS ₄ / углерод для натрий-ионных аккумуляторов с высокой начальной кулоновской эффективностью и циклической стабильностью. ACS Nano 13, 3666–3676. DOI: 10.1021 / acsnano.9b00375

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оу, X., Xiong, X., Zheng, F., Yang, C., Lin, Z., Hu, R., et al. (2016). In situ Определение рентгеновских лучей нанолистов NbS ₂ в качестве материала анода для ионно-натриевых батарей. J. Источники энергии 325, 410–416. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2016.06.055

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паломарес, В., Серрас, П., Вильялуэнга, И., Уэсо, К. Б., Карретеро-Гонсалес, Дж., И Рохо, Т. (2012). Na-ионные батареи, последние достижения и проблемы, связанные с превращением в недорогие системы хранения энергии. Energy Environ. Sci. 5: 5884–5901. DOI: 10.1039 / c2ee02781j

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пумера М., Софер З. и Амбрози А. (2014). Слоистые дихалькогениды переходных металлов для электрохимического производства и хранения энергии. J. Mater. Chem. А 2, 8981–8987.DOI: 10.1039 / C4TA00652F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Путунган, Д. Б., Лин, С. Х., Куо, Дж. Л. (2016). Металлический VS ₂ однослойных политипов в качестве потенциального анода натрий-ионной батареи с помощью неэмпирического поиска случайной структуры. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 8, 18754–18762. DOI: 10.1021 / acsami.6b03499

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цинь, В., Чен, Т., Лу, Т., Чуа, Д.Х.С., и Пан, Л. (2016a).Слоистые композиты из оксида графена с восстановленным сульфидом никеля, синтезированные с помощью микроволнового метода, в качестве высокоэффективных анодных материалов натрий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 302, 202–209. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.10.064

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цинь, В., Ли, Д., Чжан, X., Янь, Д., Ху, Б., и Пань, Л. (2016b). Наночастицы ZnS, встроенные в восстановленный оксид графена, в качестве высокоэффективного анодного материала натрий-ионных аккумуляторов. Электрохим.Acta 191, 435–443. DOI: 10.1016 / j.electacta.2016.01.116

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qu, B., Ma, C., Ji, G., Xu, C., Xu, J., Meng, Y. S., et al. (2014). Многослойный композит из восстановленного оксида графена SnS ₂ — анодный материал натриево-ионных аккумуляторов с высокой емкостью, быстродействием и длительным сроком службы. Adv. Матер. 26, 3854–3859. DOI: 10.1002 / adma.201306314

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шен, Ф., Луо, В., Дай, Дж., Яо, Ю., Чжу, М., Хитц, Э., и др. (2016). Сверхтолстый мезопористый древесно-угольный анод с низкой извилистостью для высокопроизводительных натриево-ионных батарей. Adv. Energy Mater. 6: 1600377. DOI: 10.1002 / aenm.201600377

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Слейтер М. Д., Ким Д., Ли Э. и Джонсон К. С. (2013). Натрий-ионные аккумуляторы. Adv. Функц. Матер. 23, 947–958. DOI: 10.1002 / adfm.201200691

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сонг, Ю., Chen, Z., Li, Y., Wang, Q., Fang, F., Zhou, Y-N., Et al. (2017). Высокоскоростная и долговременная циклическая способность NiCo с регулировкой псевдоемкости ₂ S ₄ гексагональных нанолистов, полученных путем преобразования пара для хранения лития. J. Mater. Chem. А 5, 9022–9031. DOI: 10.1039 / C7TA01758H

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стивенсон Т., Ли З., Олсен Б. и Митлин Д. (2014). Применение в литий-ионных батареях нанокомпозитов дисульфида молибдена (MoS ₂ ). Energy Environ. Sci. 7, 209–231. DOI: 10.1039 / C3EE42591F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Су Д., Доу С. и Ван Г. (2015). Ультратонкие нанолисты MoS ₂ в качестве анодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов с превосходными характеристиками. Adv. Energy Mater. 5: 1401205. DOI: 10.1002 / aenm.201401205

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Су, Х., Джаффер, С., Ю, Х. (2016). Оксиды переходных металлов для натрий-ионных аккумуляторов. Energy Storage Mater. 5, 116–131. DOI: 10.1016 / j.ensm.2016.06.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Su, Z., Liu, J., Li, M., Zhu, Y., Qian, S., Weng, M., et al. (2020). Разработка дефектов в оксидах на основе титана для электрохимических накопителей энергии. Электрохим. Energy Rev 3, 90–147. DOI: 10.1007 / s41918-020-00064-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, К., Цуй, Ю., Ву, Дж., Цюй, Д., Бейкер, А. П., Ма, Ю., и другие. (2017). Тройной наносплав сульфида олова и селена (SnSe _0,5 S _0,5 ) как высокоэффективный анод для литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов. Nano Energy 41, 377–386. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2017.09.052

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Х., Фэн Х. и Ли Дж. (2014). Графен и графеноподобные слоистые дихалькогениды переходных металлов в преобразовании и хранении энергии. Малый 10, 2165–2181. DOI: 10.1002 / smll.201303711

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Т., Су, Д., Шанмукарадж, Д., Рохо, Т., Арман, М., и Ван, Г. (2018). Электродные материалы для натрий-ионных аккумуляторов: соображения о кристаллических структурах и механизмах накопления натрия. Электрохим. Energy Rev. 1, 200–237. DOI: 10.1007 / s41918-018-0009-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вэнь, Ю., Пэн, С., Ван, З., Хао, Дж., Цинь, Т., Лу, С. и др. (2017).Легкий синтез ультратонких NiCo ₂ S ₄ нано-лепестков, вдохновленных распускающимися бутонами для высокопроизводительных суперконденсаторов. J. Mater. Chem. А 5, 7144–7152. DOI: 10.1039 / C7TA01326D

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву, X., Ли, С., Ван, Б., Лю, Дж., И Ю, М. (2016). NiCo ₂ S ₄ массивов нанотрубок, выращенных на гибких углеродных пенопластах, легированных азотом, в качестве трехмерных интегрированных анодов без связующего для высокопроизводительных литий-ионных батарей. Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 4505–4512. DOI: 10.1039 / C5CP07541F

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xia, X., Zhu, C., Luo, J., Zeng, Z., Guan, C., Ng, C.F., et al. (2014). Синтез автономных наномассивов сульфидов металлов посредством реакции анионного обмена и их применение в электрохимическом накоплении энергии. Малый 10, 766–773. DOI: 10.1002 / smll.201302224

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сяо, Дж., Ван, Л., Ян, С., Сяо, Ф., и Ван, С. (2014). Создавайте иерархические электроды из высокопроводящих NiCo ₂ S ₄ массивов нанотрубок, выращенных на бумаге из углеродного волокна, для создания высокопроизводительных псевдоконденсаторов. Nano Lett. 14, 831–838. DOI: 10.1021 / nl404199v

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сяо, Ю., Ли, С. Х., и Сунь, Ю. К. (2017). Применение сульфидов металлов в ионно-натриевых батареях. Adv. Energy Mater. 7: 1601329.DOI: 10.1002 / aenm.201601329

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu, X., Yu, D., Zhou, H., Zhang, L., Xiao, C., Guo, C., et al. (2016). Нанолисты MoS ₂ , выращенные на аморфных углеродных нанотрубках для увеличения накопления натрия. J. Mater. Chem. А 4, 4375–4379. DOI: 10.1039 / C6TA00068A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янь, Б., Ли, X., Бай, З., Лин, Л., Чен, Г., Сонг, X., и др. (2017). Превосходное хранение натрия в новых наночастицах VO ₂ , инкапсулированных в смятый восстановленный оксид графена. J. Mater. Chem. А 5, 4850–4860. DOI: 10.1039 / C6TA10309J

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янь, Й., Инь, И-Х., Го, И-Г., И Ван, Л-Дж. (2014). Иерархически пористый композит углерод / графен в виде сэндвича в качестве высокоэффективного анодного материала для натрий-ионных аккумуляторов. Adv. Energy Mater. 4: 1301584. DOI: 10.1002 / aenm.201301584

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, К., Лян, X., Оу, X., Чжан, К., Чжэн, Х.С., Zheng, F., et al. (2019). Гетероструктурированный бинарный сульфид в форме нанокубика (SnCo) S ₂ , чередующийся с S-легированным графеном, в качестве высокоэффективного анода для усовершенствованных аккумуляторов Na ⁺ . Adv. Функц. Матер. 29: 1807971. DOI: 10.1002 / adfm.201807971

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, Дж., Ма, М., Сунь, К., Чжан, Ю., Хуанг, В., и Дун, X. (2015). Гибридные NiCo ₂ S ₄ @MnO ₂ гетероструктуры для электродов высокопроизводительных суперконденсаторов. J. Mater. Chem. А 3, 1258–1264. DOI: 10.1039 / C4TA05747C

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Youn, D.H., Stauffer, S.K., Xiao, P., Park, H., Nam, Y., Dolocan, A., et al. (2016). Простой синтез композитов нанокристаллического сульфида олова / восстановленного оксида графена, легированного азотом, в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов. ACS Nano 10, 10778–10788. DOI: 10.1021 / acsnano.6b04214

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., Д.J., Yuan, Y.F., Zhang, D., Yin, S.M., Lin, J.X., Rong, Z., et al. (2016). Массив никель-кобальт-сульфидных нанотрубок на никелевой пене в качестве анодного материала для современных литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 198, 280–286. DOI: 10.1016 / j.electacta.2016.01.189

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю. Л., Чен Г. З. (2020). Супераккумуляторы как высокоэффективные электрохимические накопители энергии. Электрохим. Energy Rev 3, 85–89. DOI: 10.1007 / s41918-020-00063-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю, Н., Чжу, М.К., и Чен, Д. (2015). Гибкие твердотельные асимметричные суперконденсаторы с трехмерными электродами из CoSe ₂ / углеродная ткань. J. Mater. Chem. А 3, 7910–7918. DOI: 10.1039 / C5TA00725A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю., X. Y., и Дэвид Лу, X. W. (2018). Смешанные сульфиды металлов для электрохимического хранения и преобразования энергии. Adv. Energy Mater. 8: 1701592. DOI: 10.1002 / aenm.201701592

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю, Х-У., Ю., Л., и Лу, X. W. D. (2016). Полые наноструктуры сульфидов металлов для электрохимического накопления энергии. Adv. Energy Mater. 6: 1501333. DOI: 10.1002 / aenm.201501333

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, K., Park, M., Zhou, L., Lee, G.H., Shin, J., Hu, Z., et al. (2016). Легированные кобальтом наносферы FeS ₂ с полной растворимостью в твердых веществах в качестве высокоэффективного анодного материала для натрий-ионных аккумуляторов. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 55, 12822–12826.DOI: 10.1002 / anie.201607469

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, К., Сунь, Ю., Чжан, В., Го, Дж., И Чжан, X. (2019). VMo с межслойным расширением ₂ S ₄ нанолистов на RGO для быстрого и быстрого хранения лития и натрия. J. Alloys Compd. 772, 178–185. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2018.09.082

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, L., Wu, H. B., Yan, Y., Wang, X., and Lou, X. W. (2014).Иерархические микробоксы MoS ₂ , построенные из нанолистов с улучшенными электрохимическими свойствами для хранения лития и расщепления воды. Energy Environ. Sci. 7, 3302–3306. DOI: 10.1039 / C4EE01932F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, Y., Wang, P., Yin, Y., Zhang, X., Fan, L., Zhang, N., et al. (2019). Гетероструктурированные полые нанобоксы SnS-ZnS @ C, залитые в графен, для высокоэффективных литиевых и ионно-натриевых батарей. Chem. Англ.J. 356, 1042–1051. DOI: 10.1016 / j.cej.2018.09.131

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан З., Ли З. и Инь Л. (2018). Полая призма NiCo ₂ S ₄ , соединенная между собой восстановленным оксидом графена, как высокоэффективный анодный материал для натриевых и литий-ионных батарей. N. J. Chem. 42, 1467–1476. DOI: 10.1039 / C7NJ03581K

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжао, Ю., и Мантирам, А. (2015).Bi _0,94 Sb _1,06 S _{3 Наностержневые кластерные аноды для натрий-ионных аккумуляторов: повышенная обратимость за счет синергетического эффекта твердого раствора Bi 2 S 3 -Sb 2 S 3 . Chem. Матер. 27, 6139–6145. DOI: 10.1021 / acs.chemmater.5b02833}

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zheng, P., Dai, Z., Zhang, Y., Dinh, K. N., Zheng, Y., Fan, H., et al. (2017). Масштабируемый синтез графеновых композитов, легированных SnS ₂ / S, для создания превосходных Li / Na-ионных аккумуляторов. Nanoscale 9, 14820–14825. DOI: 10.1039 / C7NR06044K

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжун, Дж., Сяо, X., Чжан, Ю., Чжан, Н., Чен, М., Фань, X., и др. (2019). Рациональная конструкция композита Sn-Sb-S со структурой, напоминающей гортензию, в качестве перспективного анодного материала для натриево-ионных аккумуляторов. J. Alloys Compd. 793, 620–626. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2019.04.232

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, Дж., Цинь, Дж., Го, Л., Чжао, Н., Ши, К., и Лю, Э. З. (2016). Масштабируемый синтез высококачественных нанолистов из дихалькогенидов переходных металлов и их применение в качестве анодов натрий-ионных аккумуляторов. J. Mater. Chem. А 4, 17370–17380. DOI: 10.1039 / C6TA07425A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, К., Лю, Л., Хуан, З., И, Л., Ван, X., и Цао, Г. (2016). Co ₃ S ₄ @ полианилиновые нанотрубки в качестве высокоэффективных анодных материалов для ионно-натриевых батарей. J. Mater. Chem. А 4, 5505–5516. DOI: 10.1039 / C6TA01497F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhu, Y., Nie, P., Shen, L., Dong, S., Sheng, Q., Li, H., et al. (2015). Высокая производительность и превосходная циклическая стабильность анода типа цветка Sb ₂ S ₃ для ионно-натриевых батарей большой емкости. Наноразмер 7, 3309–3315. DOI: 10.1039 / C4NR05242K

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гальваническая коррозия — обзор

4.2 ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ

За исключением редких случаев, в зданиях или механически соединенных конструкциях нет однородности материалов, металлов или сплавов. Например, металлические фитинги из алюминия всегда соединяются винтами из нержавеющей стали, в то время как аксессуары, такие как петли, фильтры, съемные петли, изготавливаются из нержавеющей стали или хромированной стали или даже из латуни. В соответствующих условиях существует риск гальванической коррозии алюминия.

Гальваническая коррозия алюминия в гетерогенных сборках, подверженных атмосферным воздействиям, подчиняется правилам, приведенным выше (см. Главу B.3). Это зависит от нескольких факторов:

—

Природа металлов и сплавов, контактирующих с алюминием: Вне зависимости от атмосферы наиболее агрессивными контактами для алюминия являются соединения с медью и медными сплавами [1], свинцом, и сталь (рисунок С.4.1). Здесь следует напомнить о роли эластомеров с графитом в развитии гальванической коррозии.

Рисунок C.4.1. Гальваническая коррозия алюминия в зависимости от типа атмосферы [3].

—

Тип атмосферы: морская атмосфера приводит к наиболее сильной гальванической коррозии [2] из-за присутствия хлоридов

—

Проводимость пленки влаги: и выше чем проводимость электролитической среды, тем лучше работает ячейка, расположенная между алюминием и другим металлом.

Вот почему морская атмосфера, богатая хлоридами, приводит к сильнейшей гальванической коррозии алюминия при идентичных условиях по всем остальным параметрам.

—

Частота увлажнения: гальваническая коррозия требует электролита, что означает, что контактная площадка должна быть влажной. Следовательно, ее интенсивность зависит от местных климатических условий: дождя, относительной влажности и т. Д.

Атмосферная гальваническая коррозия всегда будет ограничиваться областью контакта. В соответствующих условиях это может привести к серьезным повреждениям: кровля с перфорацией вокруг болтов или винтов, электрические компоненты, которые корродируют в местах контакта с компонентами из меди или медных сплавов и т. Д.

На практике контакты с нержавеющей сталью и сталью с цинковым или кадмиевым покрытием являются наиболее распространенными в конструкциях, особенно в металлических фитингах. Мировой опыт показывает, что даже без изоляции между двумя металлами гальваническая коррозия не вызывает проблем в этих сборках, если конструкция такова, что предотвращается удержание влаги.

Опыт работы в строительной отрасли и с различным оборудованием, подверженным воздействию плохой погоды во всех климатических зонах, таким как дорожные знаки и пристани для яхт, показывает, что гальваническая коррозия алюминия при контакте с обычной или нержавеющей сталью развивается только в определенных ситуациях. например,

—

Области, где сохраняется влага, и где дождевая вода или конденсированная вода может задерживаться постоянно или в течение длительных периодов времени.Это часто наблюдается с заделками, которые образуют резервуар, способный удерживать воду. При контакте с закладными стальными штифтами наблюдается гальваническая коррозия.

—

В точках сборки кровельного листа и облицовочных панелей в существенно влажных и агрессивных средах. Например, в прибрежных районах иногда может быть обнаружена сильная гальваническая коррозия вокруг болтов, потому что войлок, используемый для изоляции, задерживает воду, исчез или был сжат, так что алюминий вступает в прямой контакт со стальными шайбами ​​и болтами, которые находятся часто ржавые.

Особый микроклимат может способствовать развитию гальванической коррозии алюминия при контакте со сталью. Это можно наблюдать во влажных зонах, рядом с заводами, которые выбрасывают много пыли: заводы по производству удобрений, цементные заводы, угольные электростанции и т. Д. Опыт показывает, что такая ситуация, крайне неблагоприятная с точки зрения устойчивости материалов, может в значительной степени контролироваться подходящей конструкцией и, особенно, частой очисткой скопившейся пыли.

Риск, который чаще всего недооценивается в сборках из стали, — ухудшение внешнего вида алюминиевых конструкций из-за стекания ржавчины. Хотя это не влияет на коррозионную стойкость алюминия, это ухудшает общий внешний вид. Цинковые или кадмиевые покрытия на стали имеют ограниченный срок службы в зависимости от агрессивности окружающей среды. Когда они истощаются, сталь ржавеет, и ситуация такая же, как и в случае прямого контакта алюминия с незащищенной сталью.

Контакты между алюминием и другими металлами, такими как медь и медные сплавы, свинец и олово, при воздействии очень агрессивных сред, таких как высокая влажность, частые дождь и пыль, представляют определенный риск гальванической коррозии алюминия. Они должны быть защищены или, по крайней мере, проверены, чтобы отслеживать развитие возможной гальванической коррозии и при необходимости вмешиваться.

Аккумулятор из расплавленных металлов | MIT News

Новая аккумуляторная батарея, разработанная в Массачусетском технологическом институте, однажды может сыграть решающую роль в массовом расширении солнечной генерации, необходимой для смягчения последствий изменения климата к середине века.Разработанная для хранения энергии в электрической сети, аккумулятор большой емкости состоит из расплавленных металлов, которые естественным образом разделяются, образуя два электрода слоями по обе стороны от расплавленного солевого электролита между ними. Испытания с элементами, изготовленными из недорогих материалов с большим содержанием земли, подтверждают, что жидкие батареи работают эффективно, не теряя значительной емкости или не подвергаясь механической деградации — распространенные проблемы в современных батареях с твердыми электродами. Исследователи из Массачусетского технологического института уже продемонстрировали простой и недорогой процесс изготовления прототипов своих аккумуляторов, и в планах на будущее предусматриваются полевые испытания малых энергосетей, которые включают в себя источники прерывистой генерации, такие как солнечная энергия и ветер.

Возможность хранить большие объемы электроэнергии и доставлять ее позже, когда это необходимо, будет иметь решающее значение, если прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, будут использоваться в масштабах, которые помогут ограничить изменение климата в ближайшие десятилетия. Такое крупномасштабное хранилище также сделало бы сегодняшнюю энергосистему более устойчивой и эффективной, позволяя операторам быстро доставлять поставки во время отключений и удовлетворять временные пики спроса, не поддерживая дополнительные генерирующие мощности, которые дороги и редко используются.

Десять лет назад комитет, планирующий новую энергетическую инициативу Массачусетского технологического института, обратился к Дональду Садоуею, профессору химии материалов Джона Ф. Эллиотта из Массачусетского технологического института, с предложением заняться хранением энергии в масштабе энергосистемы. В то время исследования Массачусетского технологического института были сосредоточены на литий-ионной батарее — тогда это была относительно новая технология. Разрабатываемые литий-ионные батареи были небольшими, легкими и недолговечными — это не проблема для мобильных устройств, которые обычно обновляются каждые несколько лет, а проблема для использования в сети.

Аккумулятор для электросети должен был надежно работать в течение многих лет. Он мог быть большим и стационарным, но главное — недорогим. «Классический академический подход, заключающийся в том, чтобы изобрести самый крутой химический продукт, а затем попытаться снизить затраты на этапе производства, не сработает, — говорит Садоуей. «В энергетическом секторе вы конкурируете с углеводородами, а они глубоко укоренились, сильно субсидируются и устойчивы». Резкий сдвиг в производстве электроэнергии потребует другого подхода к хранению.

Садовей поэтому обратился к хорошо знакомому процессу: плавке алюминия. Плавка алюминия — это крупномасштабный недорогой процесс, проводимый внутри электрохимических ячеек, которые надежно работают в течение длительных периодов времени и производят металл по очень низкой цене, потребляя при этом большое количество электроэнергии. Садовей подумал: «А можно ли запустить плавильный завод в обратном направлении, чтобы он возвращал свою электроэнергию?»

Последующее расследование привело к обнаружению жидкометаллической батареи. Как и в обычной батарее, у этой батареи есть верхний и нижний электроды с электролитом между ними (см. Рисунок 1 в слайд-шоу выше).Во время разряда и перезарядки положительно заряженные ионы металлов перемещаются от одного электрода к другому через электролит, а электроны совершают то же путешествие по внешней цепи. В большинстве батарей электроды — а иногда и электролит — твердые. Но в батарее Садоуея все три жидкие. Отрицательный электрод — верхний слой батареи — представляет собой жидкий металл с низкой плотностью, который легко отдает электроны. Положительный электрод — нижний слой — представляет собой жидкий металл высокой плотности, который с радостью принимает эти электроны.А электролит — средний слой — представляет собой расплавленную соль, которая переносит заряженные частицы, но не смешивается с материалами сверху или снизу. Из-за различий в плотности и несмешиваемости трех материалов они естественным образом распадаются на три отдельных слоя и остаются отдельными во время работы батареи.

Преимущества перехода на ликвидность

Этот новый подход дает ряд преимуществ. Поскольку компоненты являются жидкими, передача электрических зарядов и химических составляющих внутри каждого компонента и от одного к другому происходит сверхбыстро, что обеспечивает быстрое прохождение больших токов в батарею и из нее.Когда батарея разряжается, верхний слой расплавленного металла становится тоньше, а нижний — толще. Когда он заряжается, толщина меняется на противоположную. «Здесь нет никаких стрессов», — отмечает Садовей. «Вся система очень гибкая и принимает форму контейнера». В то время как твердые электроды со временем склонны к растрескиванию и другим формам механических повреждений, жидкие электроды не разрушаются в процессе эксплуатации.

Действительно, каждый раз, когда батарея заряжается, ионы из верхнего металла, осажденные в нижнем слое, возвращаются в верхний слой, очищая электролит в процессе.Восстановлены все три компонента. Кроме того, поскольку компоненты естественным образом разделяются, нет необходимости в мембранах или разделителях, которые подвержены износу. Жидкостная батарея должна выполнять множество зарядов и разрядов без потери емкости и без необходимости технического обслуживания или ремонта. А саморазлагающийся характер жидких компонентов может способствовать более простому и менее дорогостоящему производству по сравнению с обычными батареями.

Выбор материалов

Перед Садоуеем и тогдашним аспирантом Дэвидом Брэдвеллом Мэн ’06, доктором философии ’11 стояла задача выбрать лучшие материалы для новой батареи, особенно для ее электродов.Существуют методы прогнозирования поведения твердых металлов в определенных условиях. Но эти методы «не представляли для нас никакой ценности, потому что мы хотели моделировать жидкое состояние», — говорит Садоуей, — и никто другой в этой области не работал. Поэтому ему пришлось опираться на то, что он называет «информированной интуицией», основанной на его опыте работы в электрометаллургии и преподавании большого класса химии для первокурсников.

Чтобы снизить затраты, Садовей и Брэдвеллу потребовалось использовать материалы электродов, которые были недороги и долговечны, а также были доступны в большом количестве.Чтобы получить высокое напряжение, им пришлось соединить сильный донор электронов с сильным акцептором электронов. Верхний электрод (донор электронов) должен иметь низкую плотность, а нижний электрод (акцептор электронов) — высокую. «К счастью, — говорит Садовей, — из-за того, как устроена таблица Менделеева, сильные электроположительные [донорные] металлы имеют низкую плотность, а сильные электроотрицательные [акцепторные] металлы имеют высокую плотность» (см. Рис. 2 в слайд-шоу выше). И, наконец, все материалы должны были быть жидкими при практических температурах.

В качестве первой комбинации Садовей и Брэдуэлл выбрали магний для верхнего электрода, сурьму для нижнего электрода и смесь солей, содержащую хлорид магния, в качестве электролита. Затем они построили прототипы своей ячейки — и они работали. Три жидких компонента самосегрегировались, и батарея работала так, как они и предполагали. Вдохновленные своим успехом, в 2010 году они вместе с Луисом Ортисом SB ’96, доктором наук ’00, также бывшим членом исследовательской группы Садоуэя, основали компанию, первоначально названную Liquid Metal Battery Corporation, а затем Ambri, для продолжения развития и масштабирования. вверх по новой технологии.

Еще нет

Но возникла проблема. Чтобы компоненты не расплавились, батарея должна была работать при 700 градусах Цельсия (1292 градуса по Фаренгейту). Работа в таком горячем состоянии потребляла часть электрической мощности батареи и увеличивала скорость, с которой вторичные компоненты, такие как стенка ячейки, подвергались коррозии и деградации. Итак, Садоуей, Брэдуэлл и их коллеги из Массачусетского технологического института продолжили поиск активных материалов.

Первые результаты химии элементов из магния и сурьмы ясно продемонстрировали жизнеспособность концепции жидкометаллических батарей; в результате исследования на территории кампуса получили более 11 миллионов долларов от спонсоров, включая Total и U.S. Программа ARPA – E Министерства энергетики. Приток долларов на исследования позволил Садоуей увеличить исследовательскую группу в Массачусетском технологическом институте до почти 20 студентов и аспирантов, а также докторов наук, готовых принять вызов.

Через несколько месяцев команда начала выпускать новые варианты химии на основе различных материалов с более низкими температурами плавления. Например, вместо сурьмы они использовали свинец, олово, висмут и сплавы подобных металлов; а вместо магния они использовали натрий, литий и сплавы магния с такими металлами, как кальций.Вскоре исследователи поняли, что они не просто искали новый химический состав батарей. Вместо этого они открыли новую аккумуляторную «платформу», на которой могло появиться множество потенциально коммерчески жизнеспособных технологий ячеек с рядом атрибутов.

Новый химический состав элементов начал демонстрировать значительное снижение рабочей температуры. Ячейки из натрия и висмута работали при 560 градусах Цельсия. Литиевые и висмутовые элементы работали при 550 C. А батарея с отрицательным электродом из лития и положительным электродом из сплава сурьма-свинец работала при 450 C.

Работая с последней комбинацией, исследователи наткнулись на неожиданное электрохимическое явление: они обнаружили, что они могут поддерживать высокое напряжение на ячейке их оригинального электрода из чистой сурьмы с новой версией сурьмяно-свинцового электрода — даже когда они составили такой состав, как 80 процентов свинца, чтобы снизить температуру плавления на сотни градусов.

«К нашему приятному удивлению, добавление свинца в сурьму не привело к снижению напряжения, и теперь мы понимаем почему», — говорит Садовей.«Когда литий входит в состав сплава сурьмы и свинца, литий предпочтительно вступает в реакцию с сурьмой, потому что это более плотная связь. Поэтому, когда литий [из верхнего электрода] попадает в нижний электрод, он игнорирует свинец и связывается с сурьмой ».

Это неожиданное открытие напомнило им, как мало известно в этой новой области исследований, а также предложило исследовать новые химические процессы в клетках. Например, они недавно собрали экспериментальный элемент с использованием положительного электрода из сплава свинец-висмут, отрицательного электрода из металлического натрия и нового электролита из смеси гидроксид-галогенид.Элемент работал при температуре всего 270 ° C — более чем на 400 ° C ниже, чем у исходной магниево-сурьмяной батареи, сохраняя при этом ту же новую конструкцию элемента, состоящую из трех естественно разделяющихся слоев жидкости.

Роль новой техники

Платформа для жидкометаллических батарей предлагает необычное сочетание функций. В общем, батареи характеризуются тем, сколько энергии и сколько мощности они могут обеспечить. (Энергия — это общий объем работы, которую можно выполнить; мощность — это то, насколько быстро работа выполняется.В общем, по одному показателю технологии работают лучше, чем по другому. Например, в случае конденсаторов быстрая доставка обходится дешево, а обильное хранение — дорого. С гидроэнергетикой все наоборот.

Но для хранения в масштабе сети важны обе возможности — и жидкометаллическая батарея потенциально может делать и то, и другое. Он может накапливать много энергии (скажем, достаточно, чтобы выдержать отключение электроэнергии) и быстро доставлять эту энергию (например, для мгновенного удовлетворения спроса, когда облако проходит перед солнцем).В отличие от литий-ионного аккумулятора, он должен иметь долгий срок службы; и, в отличие от свинцово-кислотного аккумулятора, он не будет разрушаться при полной разрядке. И хотя сейчас он кажется более дорогим, чем гидроэлектростанция, аккумулятор не имеет ограничений в отношении того, где его можно использовать. При использовании гидроаккумулятора вода закачивается вверх в резервуар, а затем выпускается через турбину для выработки энергии, когда это необходимо. Поэтому для установок требуется как склон холма, так и источник воды. Жидкометаллическую батарею можно установить практически где угодно.Нет необходимости в холме или воде.

Вывод на рынок

Амбри спроектировал и построил завод по производству жидкометаллических батарей в Мальборо, Массачусетс. Как и ожидалось, производство простое: просто добавьте электродные металлы и соль электролита в стальной контейнер и нагрейте банку до указанной рабочей температуры. Материалы плавятся в аккуратные жидкие слои, образуя электроды и электролит. Процесс производства ячеек был разработан и внедрен и будет постоянно совершенствоваться.Следующим шагом будет автоматизация процессов объединения многих ячеек в крупноформатную батарею, включая силовую электронику.

Ambri не разглашает, какой химический состав жидкометаллических батарей он коммерциализирует, но в нем говорится, что он работает над тем же химическим составом в течение последних четырех лет. По словам Брэдвелла, ученые и инженеры Ambri построили более 2500 жидкометаллических аккумуляторных элементов и выполнили тысячи циклов заряда-разряда с незначительным уменьшением количества хранимой энергии.Эти демонстрации подтверждают первоначальный тезис Садоуэя и Брэдвелла о том, что полностью жидкостная батарея будет иметь более высокую производительность, чем твердотельные альтернативы, и сможет работать в течение десятилетий.

Исследователи

Ambri сейчас решают последнюю инженерную задачу: разработать недорогое и практичное уплотнение, которое предотвратит попадание воздуха в каждую отдельную ячейку, что обеспечит годы эксплуатации при высоких температурах. Как только необходимые уплотнения будут разработаны и протестированы, начнется производство аккумуляторов.Исследователи планируют доставить прототипы для полевых испытаний в нескольких местах, включая Гавайи, где много солнечного света, но выработка электроэнергии по-прежнему зависит от сжигания дорогостоящего дизельного топлива. Одно из таких мест — военно-морская база Перл-Харбор на острове Оаху. «Вызывает беспокойство то, что наши военные базы полагаются на гражданскую энергосистему», — говорит Садоуей. «Если эта сеть выйдет из строя, база должна включить дизельные генераторы, чтобы заполнить пробел. Таким образом, база может быть без электричества около 15 минут, что, вероятно, достаточно, чтобы нанести серьезный ущерб.«Новая батарея может сыграть ключевую роль в предотвращении такого исхода.

Тем временем, вернувшись в лабораторию, исследователи Массачусетского технологического института продолжают исследовать другие химические составы ядра жидкой батареи. На самом деле, Садовей говорит, что его команда уже разработала альтернативную конструкцию, которая предлагает еще более низкие рабочие температуры, больше накопленной энергии, более низкую стоимость и более длительный срок службы. Учитывая общее отсутствие знаний о свойствах и потенциальном использовании жидких металлов, Садовей считает, что в этой области все еще могут быть крупные открытия.Результаты их экспериментов «открыли двери для целого ряда других решений, которые мы сделали», — говорит Садоуи. «Это было действительно круто».

Это исследование было поддержано Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA – E) и французской энергетической компанией Total, постоянным членом MIT Energy Initiative. Первыми его сторонниками были Центр Дешпанде, Фонд семьи Чесонис, Тоталь и ARPA-E.

Эта статья опубликована в осеннем выпуске журнала Energy Futures , выпущенного MIT Energy Initiative, за 2015 год.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Медный алюминий с покрытием ласточкин хвост

Товары

По мере того, как рынок электромобилей (EV) быстро расширяется, растет и потребность в литий-ионных батареях, которые позволяют использовать эту автомобильную технологию. Поскольку многие элементы литиевых батарей требуют соединения медного анода и алюминиевого катода, варианты соединения двух разнородных металлов ограничены, дороги и могут быть ненадежными при использовании.Сотрудничая с ведущими производителями аккумуляторов, Materion разработала революционное решение — металл, плакированный ласточкиным хвостом.

Наша лента с покрытием «ласточкин хвост» из меди и алюминия производится путем соединения этих двух разнородных металлов бок о бок в длинных непрерывных мастер-катушках. Катушки можно легко штамповать и формировать для создания шин и выводов, специально предназначенных для литий-ионных аккумуляторных батарей для электромобилей, гибридных электромобилей (HEV) и гибридных электромобилей (PHEV). Материал «ласточкин хвост» обладает механическими, электрическими и термическими преимуществами по сравнению с ультразвуковыми или болтовыми креплениями и позволяет производить крупносерийную недорогую лазерную сборку.

Наш процесс плакирования обеспечивает отличную металлургическую связь за счет значительного уменьшения площади поперечного сечения и термодиффузии, создавая тонкий пластичный интерметаллический состав. В результате получается надежное соединение «ласточкин хвост» между медью и алюминием, которое соответствует прочности и усталостной вязкости алюминиевого сплава.

ПРЕИМУЩЕСТВА МАТЕРИАЛА, ПЛАСТИННОГО ДОВЕТЕЙЛОМ ДЛЯ АВТОБУСНЫХ ПАНЕЛЕЙ И СВИНЦОВ

Преимущества | Наименьшее электрическое сопротивление на границе раздела Cu-Al приводит к более низким температурам блока | Высочайшая надежность при ресурсных испытаниях на механическую и усталостную прочность | Меньшие размеры материала позволяют создавать более компактные модули. | Узкая ширина шва Cu-AL — макс. 4 мм — для оптимальной гибкости конструкции

Для лазерной сварки с частичным проплавлением мы можем предоставить раствор для толстых вкладок, который выборочно покрывает полосу из медно-алюминиевого сплава до 50% толщины металлической подложки.Загрузите краткое описание продукта с толстыми вкладками для получения дополнительной информации.

Для получения дополнительной информации о металле, плакированном ласточкиным хвостом, загрузите краткое описание продукта.

Облицованные автобусные стойки Шины, плакированные ласточкиным хвостом, облегчают лазерную сварку подобных металлов.

Выступы из плакированного свинца Замените анод или катод металлическим покрытием «ласточкин хвост» для упрощения подключения.

НАЛИЧИЕ ПЛАКИРОВОГО МЕТАЛЛА

• Алюминиевые сплавы: 1050, 1100, 1145
• Медные сплавы: C10200 с никелевым или луженым покрытием или без него
• Толщина: от 0,1 мм до 2,5 мм
• Ширина: До 165 мм

Свяжитесь с Materion, чтобы узнать, как нашу технологию «ласточкин хвост» можно применить к уникальной конструкции аккумуляторной батареи и решить проблемы сборки.

Предотвращение роста дендритов и увеличения объема для получения высокопроизводительных батарей из апротонного биметаллического сплава Li-Na и O 2

1.

Bruce, PG, Freunberger, SA, Hardwick, LJ & Tarascon, JM Li – O ₂ и Li – S аккумуляторы с высоким накоплением энергии. Нат. Матер. 11 , 19–29 (2012).

CAS Статья Google Scholar

2.

Лу, Ю., Вт, З.И Арчер, Л. А. Стабильное электроосаждение лития в жидких и нанопористых твердых электролитах. Нат. Матер. 13 , 961–969 (2014).

CAS Статья Google Scholar

3.

Li, W. et al. Синергетический эффект полисульфида лития и нитрата лития для предотвращения роста дендритов лития. Нат. Commun. 6 , 7436–7444 (2015).

Артикул Google Scholar

4.

Qian, J. et al. Высокая скорость и стабильная работа анода из металлического лития. Нат. Commun. 6 , 6362–6371 (2015).

CAS Статья Google Scholar

5.

Вагнер, Ф. Т., Лакшманан, Б. и Матиас, М. Ф. Электрохимия и будущее автомобиля. J. Phys. Chem. Lett. 1 , 2204–2219 (2010).

CAS Статья Google Scholar

6.

Aetukuri, N. B. et al. Сольватирующие добавки управляют электрохимией, опосредованной раствором, и увеличивают рост тороида в неводных батареях Li – O ₂ . Нат. Chem. 7 , 50–56 (2014).

Артикул Google Scholar

7.

Кунду, Д., Талаи, Э., Даффорт, В. и Назар, Л. Ф. Новые разработки в области химии ионно-натриевых батарей для электрохимического накопления энергии. Angew. Chem. Int. Эд. 54 , 3431–3448 (2015).

CAS Статья Google Scholar

8.

Zu, C. X. & Li, H. Термодинамический анализ плотности энергии батарей. Energy Environ. Sci. 4 , 2614–2624 (2011).

CAS Статья Google Scholar

9.

Тикекар, М. Д., Чоудхури, С., Ту, З. и Арчер, Л. А. Принципы проектирования электролитов и интерфейсов для стабильных литий-металлических батарей. Нат. Энергия 1 , 16114–16121 (2016).

CAS Статья Google Scholar

10.

Choudhury, S. et al. Конструкторские переходники для литий-кислородного электрохимического элемента. Sci. Adv. 3 , 1602809 (2017).

Артикул Google Scholar

11.

Wang, H., Lin, D., Liu, Y., Li, Y. & Cui, Y. Аноды сверхвысокой плотности тока с соединенным между собой металлическим резервуаром Li за счет сверхлитиирования мезопористого каркаса AlF ₃ . Sci. Adv. 3 , 701301 (2017).

Google Scholar

12.

Liang, X. et al. Простой путь химии поверхности к стабилизированному аноду из металлического лития. Нат. Энергетика 2 , 17119–17126 (2017).

CAS Статья Google Scholar

13.

Xie., J. et al. Сшивание h-BN путем осаждения атомных слоев LiF в качестве стабильной границы раздела для анода из металлического лития. Sci. Adv. 3 , 3170–3180 (2017).

Артикул Google Scholar

14.

Zhao, J. et al. Воздушно-стабильная и отдельно стоящая фольга из литиевого сплава / графена в качестве альтернативы металлическим литиевым анодам. Нат. Нанотехнологии. 12 , 993–999 (2017).

CAS Статья Google Scholar

15.

Tu, Z. et al. Быстрый ионный транспорт на границах твердое тело – твердое тело в анодах гибридных батарей. Нат. Энергетика 3 , 310–316 (2018).

CAS Статья Google Scholar

16.

Zuo, T. T. et al. Графитированные углеродные волокна в качестве многофункциональных трехмерных токоприемников для литиевых анодов большой площади. Adv. Матер. 29 , 1700389 (2017).

Артикул Google Scholar

17.

Yu, X. & Manthiram, A. Натрий-серные батареи, работающие при температуре окружающей среды, с натриевой мембраной Nafion и композитным электродом из углеродного нановолокна и активированного угля. Adv. Energy Mater. 5 , 1500350 (2015).

Артикул Google Scholar

18.

Lu, X. et al. Жидкометаллический электрод, позволяющий использовать натрий-бета-оксидно-алюминиевые батареи со сверхнизкими температурами для хранения возобновляемой энергии. Нат. Commun. 5 , 4578 (2014).

CAS Статья Google Scholar

19.

Ding, F. et al. Осаждение лития без дендритов с помощью механизма самовосстановления электростатического экрана. J. Am. Chem. Soc. 135 , 4450–4456 (2013).

CAS Статья Google Scholar

20.

Zhang, Y. et al. Бездендритное осаждение лития с самовыравнивающейся структурой наностержней. Nano Lett. 14 , 6889–6896 (2014).

CAS Статья Google Scholar

21.

Старк, Дж. К., Динг, Ю. и Коль, П. А. Бездендритное электроосаждение и повторное окисление литий-натриевого сплава для батареи с металлическим анодом. J. Electrochem. Soc. 158 , A1100 – A1105 (2011).

CAS Статья Google Scholar

22.

Darwiche, A. et al. Лучшая циклическая характеристика объемного Sb в Na-ионных батареях по сравнению с литий-ионными системами: неожиданный электрохимический механизм. J. Am. Chem. Soc. 134 , 20805–20811 (2012).

CAS Статья Google Scholar

23.

Wang, J. W., Liu, X. H., Mao, S. X. & Huang, J. Y. Эволюция микроструктуры наночастиц олова во время введения и экстракции натрия in situ. Нано. Lett. 12 , 5897–5902 (2012).

CAS Статья Google Scholar

24.

Мизутани Ю., Ким С. Дж., Ичино Р. и Окидо М. Анодирование сплавов Mg в щелочных растворах. Surf. Пальто. Technol. 169 , 143–146 (2003).

Артикул Google Scholar

25.

Тавассол, Х., Кейсон, М. В., Нуццо, Р. Г. и Гевирт, А. А. Влияние оксидов на эволюцию напряжения и обратимость во время превращения SnO _x и реакций легирования Li-Sn. Adv. Energy Mater. 5 , 1400317 (2015).

Артикул Google Scholar

26.

Wei, S. et al. Стабилизация электрохимических границ раздела в вязкоупругих жидких электролитах. Sci. Adv. 4 , 6243–6252 (2018).

Артикул Google Scholar

27.

Сюэ Л., Гао Х., Ли Ю. и Гуденаф Дж. Б. Катодная зависимость Na-K анодов из жидких сплавов. J. Am. Chem. Soc. 140 , 3292–3298 (2018).

CAS Статья Google Scholar

28.

Li., Y. et al. Атомная структура чувствительных материалов батарей и интерфейсов, обнаруженная с помощью криоэлектронной микроскопии. Наука 358 , 506–510 (2017).

CAS Статья Google Scholar

29.

Пелед Э. Электрохимическое поведение щелочных и щелочноземельных металлов в неводных аккумуляторных системах — межфазная модель твердого электролита. J. Electrochem. Soc. 126 , 2047–2051 (1979).

CAS Статья Google Scholar

30.

Дойл, К. П., Ланг, К. М., Ким, К. и Коль, П. А. Бездентритное электрохимическое осаждение сплавов Li-Na из ионно-жидкого электролита. J. Electrochem. Soc. 153 , A1353 – A1357 (2006).

CAS Статья Google Scholar

31.

Scordilis-Kelley, C. & Carlin, R.T. Стандартные потенциалы восстановления лития и натрия в расплавленных солях хлоралюминатов при температуре окружающей среды. J. Electrochem.Soc. 140 , 1606–1611 (1993).

CAS Статья Google Scholar

32.

DuBeshter, T. & Jorne, J. Поляризация импульса для литий-ионной батареи при постоянном состоянии заряда: Часть II. Моделирование индивидуальных потерь напряжения и прогнозирование SOC. J. Electrochem. Soc. 164 , 3395–3405 (2017).

Артикул Google Scholar

33.

Таками Н., Сато А., Хара М. и Осаки И. Структурные и кинетические характеристики внедрения лития в углеродные аноды вторичных литиевых батарей. J. Electrochem. Soc. 142 , 371–379 (1995).

CAS Статья Google Scholar

34.

Luo, C. et al. FIB-SEM исследование распространения коррозии алюминиево-литиевого сплава в растворе хлорида натрия. Corrosion Eng.Sci. Technol. 50 , 390–396 (2014).

Артикул Google Scholar

35.

Franke, P. Термодинамические свойства неорганических материалов · Бинарные системы. Часть 5: Приложение 1 к двоичным системам (Springer, Berlin, 2007).

36.

Банерджи Р., Бозе С., Генк А. и Айюб П. Микроструктура и электротранспортные свойства тонких пленок несмешивающихся сплавов меди и ниобия. Дж.Прил. Phys. 103 , 033511 (2008).

Артикул Google Scholar

37.

Лю, К. Дж., Чен, Дж. С. и Лин, Ю. К. Характеристика микроструктуры, межфазной реакции и диффузии тонкой пленки несмешивающегося сплава Cu (Ta) на SiO ₂ при повышенной температуре. J. Electrochem. Soc. 151 , 18–23 (2004).

Артикул Google Scholar

38.

Liu, Y. et al. Создание перезаряжаемых литий-металлических электродов за счет управления направлением роста дендритов. Нат. Энергетика 2 , 17083 (2017).

CAS Статья Google Scholar

39.

Aurbach, D. et al. Обзор выбранных взаимодействий электрод-раствор, которые определяют производительность литий-ионных и литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 89 , 206–218 (2000).

CAS Статья Google Scholar

40.

Etacheri, V. et al. Исключительные электрохимические характеристики Si-нанопроволок в растворах 1,3-диоксолана: химическое исследование поверхности. Langmuir 28 , 6175–6184 (2012).

CAS Статья Google Scholar

41.

Miao, R. et al. Новый раствор электролита с двумя солями для бездендритных перезаряжаемых литий-металлических аккумуляторных батарей с высокой циклической обратимостью. J. Источники энергии 271 , 291–297 (2014).

CAS Статья Google Scholar

42.

Yan, C. et al. Защита металлического лития за счет образования твердой электролитной межфазной поверхности в литий-серных батареях: роль полисульфидов на литиевом аноде. J. Источники энергии 327 , 212–220 (2016).

CAS Статья Google Scholar

43.

Yadegari, H. et al. Трехмерный наноструктурированный воздушный электрод для натриево-кислородных батарей: исследование механизма циклической способности элемента. Chem. Матер.