Производство электродов видео: Видео: Линия для производства сварочных электродов

Создание гибкого прозрачного электрода — Академический университет

К современной оптоэлектронной компонентной базе и к конечным гаджетам предъявляются новые требования к гибкости – все больше устройств имеют гибкую форму или гибкий экран. Для создания подобных RGB дисплеев, среди прочего, требуется нанесение на их лицевую поверхность прозрачных проводящих слоев, обладающих гибкостью. Существующие подходы, основанные на материалах оксид индия-олово (indium tin oxide, ITO), подходят для решения данной задачи крайне ограничены, т.к. данные покрытия не обладают достаточной гибкостью. Основной задачей в данной области является разработка новых материалов и методов их создания, обеспечивающих промышленное производство электродов с заданными свойствами.

В рамках проекта вы создадите гибкие проводящие покрытия на основе углеродных материалов, таких как графен или нанотрубки. Данные материалы обладают превосходными транспортными (электрическими) свойствами, а также характеризуются значимой прозрачностью в области видимого света. Графен, являющийся слоем атомов углерода, также обладает значимыми механическими характеристиками на растяжение, что потенциально делает его одним из основных кандидатов при решении поставленной задачи. 

Участники проекта самостоятельно разработают и реализуют все этапы создания прозрачного электрода на основе графена и углеродных нанотрубок: 

1. Расщепление листа графена;
2. Перенос слоя углеродных нанотрубок;
3. Формирование серебряных контактов к структурами;
4. Текстурирование слоев углеродных нанотрубок;
5. Исследование морфологических свойств, измерение оптических и электрических характеристик слоев, исследование слоев на гибкость. 

Руководитель – Мухин И.С.
 

7 лучших сварочных электродов — Рейтинг 2020 года (Топ 7)

Обзор лучших электродов для ручной сварки углеродистых и коррозионно-стойких сталей составлен при использовании публикаций журналов «Сварка и диагностика», «Металлургический бюллетень» и других специализированных источников. В статье обобщены интернет-отзывы профессиональных сварщиков о продукции разных производителей.

Критерии отбора

К сожалению, российские электроды проигрывают многим зарубежным аналогам по большинству параметров. Однако «прорывы» в этой области уже наметились. Российская электродная продукция, выпускаемая на немногочисленных пока совместных предприятиях, по стабильности качества уже не уступает многим маститым брендам. Начали «подтягиваться» к ним и некоторые заводы отечественной подчиненности. Однако в случаях, когда требуется уверенно обеспечить высокое качество шва, профессионалы по-прежнему предпочитают использовать более дорогие, но и более качественные электроды зарубежного производства. Для сварочных инверторов подходят электроды любого типа, для сварочных аппаратов переменного тока подходят не все типы.

При выборе лучших электродов для обзора мы руководствовались следующими критериями:

• объемы производства;
• качество продукции;
• попадание производителя в обзоры по электродной промышленности;
• отзывы профессионалов.

Для корректности сравнения цен мы включили в обзор только самый часто применяемые электроды диаметром 3 мм.

Основным параметром любого сварочного электрода, определяющим большинство его свойств – от легкости розжига до качества шва – является состав его обмазки. Наиболее распространенными сегодня являются следующие виды обмазок:

• Рутиловые электроды (и электроды со смешанной обмазкой на этой основе – рутилово-целлюлозные и так далее) стали одними из самых популярных благодаря легкости розжига, в том числе и повторного, сниженной (в разумных пределах) чувствительности к отсыреванию. Они могут использоваться и на переменном, и на постоянном токе во всех направлениях шва, но при выборе рутилового электрода нужно быть внимательным – можно купить как хороший электрод, так и загрязняющий шов огромным количеством шлаковых язв, пригодный разве что для прихваток.
• Электроды с основным покрытием чаще всего используются при сварке постоянным током в особо ответственных местах. При горении обмазки в большом количестве выделяется углекислый газ, надежно защищающий сварочную ванну от воздействия кислорода. Сам шов получается более пластичным, чем при сварке распространенными типами рутиловых электродов. Обратная сторона медали – это повышенная чувствительность к влажности и затрудненный розжиг: варить такими электродами заметно труднее.

Рейтинг лучших электродов для сварки

Правильный выбор электрода требует учитывать многие факторы. К примеру, при необходимости сварить сталь с высоким содержанием углерода многие сварщики посоветуют Вам электроды УОНИ – но не факт, что в неопытных руках из получится что-то хорошее. Вместе с тем более удобные в работе электроды наподобие ОЗС-12 позволят получить более качественный результат – но только до того момента, когда Вы не освоите сварку более сложными в работе типами электродов.

Нужно учитывать и условия хранения: держать в гараже большинство типов электродов с основным покрытием значит обречь себя на постоянный и длительный прожиг обмазки перед сваркой, которая сама может занимать буквально несколько минут, и рутиловые электроды в таком случае будут более предпочтительными, особенно типы с самой низкой температурой прокалки (ESAB OK 46.00, Omnia 46).

Группа ЭПМ (EPM Group) — группа производственных компаний по выпуску углеграфитовой продукции.

ПРЕДСТАВИТЕЛЬСТВА и ОФИСЫ ПРОДАЖ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПЛОЩАДКИ География продаж

Америка Европа Африка Ближний восток Азия

Бразилия Канада Мексика Соединенные Штаты Америки (США)

Великобритания Босния и Герцеговина Исландия Нидерланды Испания Россия Россия Россия Германия Германия Норвегия Финляндия Швеция Эстония Беларусь Польша Австрия Венгрия Греция Италия Швейцария Франция

Египет Марокко

Катар

Бахрейн Тайвань Китай Казахстан Узбекистан Грузия Саудовская Аравия Израиль Турция

Применение графитовых ниппелей при изготовлении графитированных электродов

Ниппели для графитированных электродов считаются технологическим расходным материалом. Они изготовлены из переработанной нефти, игольчатого кокса и каменноугольного пека. Для получения готовых изделий применяется метод обжига и графитации. Данные расходники позволяют выполнять фиксацию между собой двух сводовых электродов токопроводящего типа, используемых в дуговых печах.

Осуществлять соединение графитовых электродов является необходимым процессом из-за постепенного их расхода во время нахождения в печи. Происходит проседание в полость печи. Для экономии добавление происходит новым цилиндром. Такой процесс может осуществляться без перерыва.

Графитовые ниппеля, представленные на странице https://doncarb.com/catalog/nippel/, по внешним параметрам напоминает габаритную пробку, конусообразно сужающуюся по сторонам. На двух сторонах предусматривается резьба, сопоставимая с резьбой в гнезде электрода.

Графитовые электроды — расходные материалы, имеющие цилиндрическую форму. Задействуются в дуговых электросталеплавильных печах. Обладают износостойкостью, высокой прочностью, не подверженностью к воздействию тока, разрушению от контакта с химическими элементами и механических нагрузок, характеризуются минимальными показателями электросопротивления, а также стабильной термостойкостью.

При функционировании печи дугового типа рабочий элемент графитированного изделия может нагреваться до температуры 4000°C.

Технология производства

Производство электродов предусматривает дробление сырья с последующим его прокаливанием в специальных печах. За счет данной процедуры измельченный графит:

• становится более плотным;
• лишается летучих компонентов;
• приобретает высокую прочностью и отличную электропроводность.

После прокаливания происходит дробление материала в дробильных устройствах, а потом он рассевается на барабанных ситах. Рассчитывается точная дозировка материала, и с добавлением связывающего компонента сырье погружается в смесительные установки. Смола, находящаяся в жидком виде, и пек прогреваются до определенной температуры с целью устранения летучих компонентов и лишней влаги. Постоянное перемешивание при температуре 150°C дает возможность образоваться однородной консистенции (электродной массе).

Процедура охлаждения производится в воде. Обжиг осуществляется в секционных газовых печах, которые функционируют непрерывно. Обжиг выполняется при температуре до 3000°C. Длительность обжига может достигать 60 часов. Процесс графитизации занимает в среднем до 10 дней. Затем происходит обтачивание поверхности, обрабатываются торцы и проделываются ниппельные гнезда.

Производство графитовых ниппелей

В компании «Докарб Графит» можно заказать графитовые ниппели, выполненные согласно требованиям ГОСТ. Они могут использоваться в нейтральных и агрессивных средах. Собственные складские помещения и хорошо развитые логистические схемы позволяют оперативно удовлетворять спрос клиентов на товар. Благодаря современному производству и отборному сырью готовая продукция обладает высоким качеством. Оформить заказ есть возможность на сайте https://doncarb.com/.

Фото: dedmaxopka.livejournal.com

Как проходит ЭЭГ видеомониторинг в медицинской клинике Невро-Мед в Москве

Видео ЭЭГ мониторинг проводится на высококлассном оборудовании компании «Grass Grass Technologies, an Astro-Med, Inc.» (США). Компания является мировым лидером в области производства диагностического оборудования для ЭЭГ и видео ЭЭГ мониторинга.

Дневной видео ЭЭГ мониторинг проводится в течение до 5 часов, либо с 9.00 до 14.00 часов, либо с 14.00 до 19.00 часов. Ночной видео ЭЭГ мониторинг проводится в течение до 10 часов, с 21.00 до 7.00 часов (следующего дня). По назначению лечащего врача возможно проведение более длительного мониторинга, в течение суток и более.

При проведении исследования применяется два способа крепления электродов на голове пациента.

На голову пациента одевается специальная шапочка с электродами, под электроды наносится проводящий гель. Размер шапочки подбирается в зависимости от окружности головы пациента. Шапочка фиксируется на голове застежками, а при необходимости дополнительными креплениями, во избежание смещения электродов. Шапочку находится на голове пациента в течение всей записи. Указанная методика применяется у детей до 5 лет, а также у взрослых по желанию или в случае наличия противопоказаний для наложения коллодиевых электродов (аллергия, нарушения дыхания и пр.)

На кожу головы пациента специальным клеем крепятся чашечковые электроды, которые предварительно заполняются проводящей пастой. По окончании исследования электроды и клей смываются специальной жидкостью. Указанный способ имеет существенное преимущество перед электродной шапочкой — так как электроды крепятся непосредственно к коже головы, практически отсутствуют помехи, связанные с движением электродов относительно кожи, а также значительно снижается вероятность отрыва электродов вследствие движений пациента во сне или во время приступа. Некоторым отрицательным моментом данного способа крепления электродов является резкий запах эфира, который используется в качестве растворителя полимерного клея. Однако, в лаборатории наложение коллодиевых электродов проводится в специальном помещении, с мощной принудительной вентиляцией, что позволяет добиться комфортных условий для наших пациентов.

В палате есть телевизор, DVD-проигрыватель, кондиционер, умывальник, кровать для сопровождающего лица. Пациент не стеснен во время исследования и может свободно перемещаться в пределах палаты, читать, играть, смотреть телевизор и т.д. Туалет находится отдельно. В отделении имеется микроволновая печь, холодильник, электрический чайник, питьевая вода, сейф.

Администрация не несет ответственность за сохранность ценных вещей.

Пациенты и сопровождающие приходят в лабораторию. В лаборатории Вас встретит техник или врач и проводит в палату, где Вы будете находится в течение всего исследования. Вам покажут, где находится туалет, холодильник, чайник, микроволновая печь, питьевая вода. Вам нужно будет переодеться в одежду, в которой вы будете спать. После этого техник наложит на голову пациента электродную шапочку или коллодиевые электроды. Также Вас посетит врач, который распросит Вас о жалобах истории и течении заболевания, принимаемых препаратах и пр. Обычно исследование проходит по стандартной схеме — ведется запись в бодрствовании до сна, затем сон, бодрствование после сна. В течение бодрствования проводятся функциональные пробы. У детей последовательность проведения может несколько изменяться в зависимости от потребностей ребенка. Возможно, начало исследования со сна или отсутствие сна в течение исследования. Во время исследования пациенты могут есть, смотреть телевизор, читать, играть. Пациент и сопровождающий должны сотрудничать с персоналом лаборатории, добросовестно выполнять их указания. Сопровождающий должен контролировать поведение пациента во время исследования, следить за тем, чтобы пациент постоянно находился в поле зрения видеокамер, как можно меньше самому попадать в поле зрения видеокамер, чтобы не закрывать пациента, особенно во время приступа. В случае возникновения приступа, сопровождающий должен нажать на кнопку, предназначенную для обозначения эпизода в записи и немедленно сообщить лично персоналу лаборатории и том, что начался приступ. По окончании исследования техник снимает с пациента шапочку или смывает приклеенные электроды. Вы переодеваетесь и покидаете лабораторию.

Если в течение исследования у Вас возникнут какие-либо вопросы, Вы можете в любое время задать их технику или врачу, проводящим видео ЭЭГ мониторинг.

Автор статьи врач-невролог лаборатории ЭЭГ-видеомониторинга Николаев А.С.

Подготовка к видео-ЭЭГ >>

Фотогалерея >>

Электронный пластырь вырабатывает электроэнергию из пота владельца

Новое гибкое электронное устройство продемонстрировали инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Оно похоже на пластырь, который наклеивается на кончики пальцев. Этот девайс способен генерировать энергию, пока владелец спит или занимается простыми повседневными делами.

Производство энергии происходит двумя способами: за счёт потоотделения и за счёт давления, то есть при нажатии пальцем на что-либо.

Выглядит это устройство как тонкая эластичная полоска, которую можно намотать на палец — собственно, поэтому её сравнивают с пластырем. К коже прикасается «подушка» электродов из угольной пены, которая впитывает пот и преобразует его в электрическую энергию.

Ферменты, добавленные в электроды, запускают химические реакции между молекулами лактата, которые содержатся в поте, и кислорода (из воздуха). За счёт этого и вырабатывается электричество.

Под электродами располагается микросхема из пьезоэлектрического материала, который генерирует дополнительную электроэнергию при нажатии.

Разработчики устройства сделали основную ставку на выработку энергии за счёт потоотделения. Но почему этот пластырь клеится именно на пальцы? Казалось бы, на теле есть гораздо более потные места.На самом деле ладони и пальцы человека прямо-таки усеяны потовыми железами. Кончики пальцев потеют чуть ли не больше, чем любая другая часть тела, отмечается в пресс-релизе университета.

«Мы ощущаем больше пота на других частях тела, потому что они не так хорошо проветриваются. Кончики пальцев, напротив, постоянно обдуваются воздухом, поэтому пот с них испаряется мгновенно. Мы не даем ему испаряться просто так и используем наше устройство, чтобы генерировать из собираемого пота значительное количество энергии», — объясняет соавтор работы наноинженер Лу Инь (Lu Yin) из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Устройство действительно позволяет получить достаточно много энергии, не прикладывая ровным счётом никаких усилий: так, за 10 часов сна пластырь генерирует 400 миллиджоулей (мДж) энергии. Такого количества энергии должно хватить на сутки работы электронных наручных часов.

При этом, печатая на клавиатуре и кликая мышкой в обычном режиме в течение одного часа, владелец устройства может получить почти 30 мДж энергии. И это только от одного устройства. Если разместить 10 таких пластырей на всех пальцах рук, количество произведённой энергии, соответственно, можно увеличить до 10 раз.

Также инженеры применили новую разработку вместе с другими своими изобретениями. Они использовали энергию, полученную с помощью электронного пластыря, чтобы заряжать химические датчики, прикрепленные к телу.

Генератор энергии (справа) питает датчик, измеряющий уровень витамина C (слева), который сразу выводит результат на экран.

Эти датчики можно использовать для измерения множества разнообразных показателей здоровья. О таком универсальном датчике, разработанном той же командой инженеров, мы писали ранее.

«Наша цель — создать практичное устройство. Мы хотим продемонстрировать, что это не просто очередная клёвая штука, генерирующая немного энергии и на этом всё. Мы в самом деле можем использовать полученную энергию, чтобы заряжать полезную электронику вроде датчиков и дисплеев», – отметил Инь.

Авторы разработки продолжают совершенствовать устройство, чтобы сделать его более эффективным и износостойким. Они также планируют совместить его с другими генераторами электроэнергии — это откроет дорогу для нового поколения автономных носимых устройств.

Подробное описание устройства было опубликовано в научном журнале Joule.

Ранее мы писали о новом материале, который позволит заряжать гаджеты от ходьбы, а также о ленте, которая соберёт энергию жевания. Рассказывали мы и о том, что покрытые бактериями обои могут производить электричество, а также о создании бионического шампиньона для тех же целей.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

выбор для Hypertherm, фото, видео

Выбираем расходные компоненты для плазменной резки

Высокая эффективность технологии плазменной резки может быть достигнута лишь в том случае, когда своевременно и правильно выбираются все расходники — быстроизнашиваемые составляющие оборудования. К ним относятся сменные сопла, электроды-инструменты, уплотнительные и электроизолирующие узлы.

Расходные материалы для плазменной резки

Признаки, по которым следует готовить замену

Перед включением установки плазменной резки обычно проверяют:

1. Качество разделённой кромки на металле – если она рваная, содержит следы многочисленных оплавлений металла изделия, и большие частицы застывшего грата – то расходные материалы уже изношены, а потому требуют замены.
2. Цвет видимой части пламени на торце электрода. Для плазменной резки с присутствием кислорода или кислородсодержащей смеси оно не должно иметь зеленоватого оттенка. В противном случае электрод изношен, и в составе пламени присутствуют частицы хлористых соединений. Это обстоятельство не только опасно с экологической точки зрения, но и приводит к охрупчиванию разрезаемого материала в зоне реза из-за присутствия хлоридов.
3. Неравномерность горения дуги, если процесс ведётся в поперечном потоке рабочей среды-диэлектрика. При резке по сложному контуру данный факт свидетельствует об износе отдельных участков электрода, вследствие чего процесс перемещения плазмы в дуговом столбе является частично неконтролируемым.
4. Высоту установки горелки плазмотрона. При малой высоте сопло подвергается интенсивной атаке горячих частиц расплавленного металла заготовки, а, значит, термически деформируется. В результате точность направления столба плазмы ухудшается, и точность реза не соответствует техническим условиям на выполнение процесса.

Визуальному осмотру подвергаются также и некоторые детали установки. Например, такие важные расходные материалы для плазменной резки с применением кислорода, как торцевые вставки на торцах, как правило, изготавливаются с применением тугоплавких сплавов с рением, иттрием, вольфрамом и т.д. При выработке таких вставок до глубины более 2 мм она подлежит немедленной замене. Для дуговой плазменной резки основанием к замене расходного материала служат механический вырыв части графита или наличие мелкой сетки трещин на торце.

Излишек технологической высокотемпературной смазки также является причиной неудовлетворительной стойкости расходников: иногда она забивает воздухоотводящие каналы (или отверстия для прокачки), что служит причиной недостаточного охлаждения электродов с последующей их деформацией.

Электроды и расходники для плазмы Hipertherm

Электроды и расходники для плазмы Hipertherm

Выбор расходных материалов

Исходная комплектация расходников для плазмотрона подбирается под определённую номенклатуру исходных материалов. Поэтому в первую очередь обращают внимание на следующие факторы:

1. Какой материал обрабатывается. Например, при резке твёрдосплавных заготовок требуемый ток дуги принимается намного выше, чем при резке большинства материалов (за исключением жаропрочных сплавов на основе молибдена и вольфрама). Кроме того, учитывается толщина разрезаемого металла: для толстолистовых заготовок требуемая сила тока всегда на 20 — 30% больше номинальной;
2. Взаимосвязь формы выходной части сопла и требуемой кромкой. Например, в случае углового реза износ данного расходного материала с традиционной формой конфузора будет заведомо больше;
3. Соответствие прочностных характеристик рабочей головки возможностям энергетической части плазмотрона. Обычно ток ограничения для сопла намного меньше, поэтому допускать даже кратковременную перегрузку данного узла недопустимо. При необходимости повышения скорости реза следует выбирать для сопла более термостойкий сплав;
4. Нежелательной считается и работа установки при пониженных значениях тока: производительность процесса падает, а протяжённость зоны термического влияния дуги увеличивается. Как следствие, в поверхностных объёмах разрезаемого металла могут происходить нежелательные структурные превращения, которые могут потребовать дополнительной термической обработки заготовки после её отрезки.

Комплекты расходных деталей Hypertherm системы Powermax на силу тока до 100А

Чаще всего плазменное разрезание выполняют при фактической силе тока дугового разряда 60…90% от максимальной.

Качество обслуживания компонентов плазморезов

Долговечность расходных материалов для плазменной резки определяется также и качеством наладочных операций. В частности, сила затяжки соединений должна быть в пределах значений, установленных руководством пользователя установкой. Во время ежедневного регламентного обслуживания производят тщательный осмотр и чистку фильтров подачи рабочей среды, а также проверку значений контрольной производительности насоса, которая не должна быть меньше номинальных значений. Нестабильность давления прокачки рабочей среды также считается основанием для немедленной остановки плазмотрона.

Во время эксплуатации установки периодически контролируются параметры влажности газа (превышение данного показателя загрязняет внутренние поверхности конфузора), и качество рабочей жидкости. В частности, не рекомендуется применять техническую воду, в которой велик процент водорастворимых солей, откладывающихся впоследствии на сопле. Эмульсии и масла ежедневно очищают от механических примесей.

электродов литий-ионной батареи, спрогнозированные на основе производственного моделирования: Оценка влияния пространственного расположения углеродного связующего на электрохимические характеристики

Основные моменты

•

Модель литиево-ионного аккумулятора с 4D-разрешением и подробным описанием катода.

•

Явный учет пространственного расположения активного материала и углерода / связующего.

•

Мезоструктура катодного электрода рассчитана путем моделирования производственного процесса.

•

Анализ влияния расположения и свойств углерода / связующего на разряд элемента.

•

Применение к электродам NMC и оценка рабочих пространственных неоднородностей.

Реферат

Мы сообщаем о новом исследовании с помощью компьютерного моделирования характеристик электродов NMC литий-ионных аккумуляторов (LIB) для различных составов. Новизна этой работы основана на явном рассмотрении с трехмерным разрешением активного материала (AM) и углеродно-связующих доменов (CBD), полученных в результате моделирования процессов изготовления электродов и рассматриваемых как пространственно разделенные фазы.Многофазная объемная сетка создается и импортируется в COMSOL Multiphysics с использованием недавно опубликованного нами алгоритма построения сетки INNOV. Затем применяется электрохимическая модель с четырехмерным разрешением для моделирования электрохимического поведения мезоструктуры электрода при разряде ячейки LIB. Извлекаются несколько мезоструктурных параметров и исследуются различия в электрохимическом отклике из-за вариаций этих параметров. Кроме того, электрохимическая модель с разрешением 4D позволяет оценить влияние пространственного положения CBD и его транспортных свойств по отношению к Li ⁺ на общий электрохимический отклик, а также выявить пространственные неоднородности работы внутри электрода.Модель оценивает явления, которые очень трудно исследовать, основываясь только на экспериментальных подходах, и стремится стать их полезным дополнительным инструментом.

Ключевые слова

Литий-ионный аккумулятор

Углеродный связующий домен

Электрохимия

Пространственные неоднородности

Вычислительное моделирование с 4D-разрешением

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

MTI Corp — Оборудование для исследований и разработок батарей —

Команда инженеров MTI имеет более чем 15-летний опыт производства различных типов аккумуляторных батарей и помогает многим научно-исследовательским институтам и научно-исследовательским компаниям создать лабораторию по исследованию аккумуляторов по всему миру.Теперь MTI является ведущим мировым поставщиком настольных машин и инструментов для разработки аккумуляторов; от приготовления порошка аккумуляторной батареи до покрытия электродной пленкой до испытательной ячейки, содержащей Если вам нужно что-нибудь для исследования батареи, сообщите нам об этом. Мы поможем вам найти решение. Нажмите на ссылки ниже, чтобы узнать, как сделать монеты / мешочки / цилиндрические ячейки с помощью оборудования MTI. Бюджетный план для создания лаборатории исследования аккумуляторов.

Ваша корзина пуста. Пожалуйста, очистите историю просмотров перед заказом продукта. В противном случае доступность и цена не гарантируются. Спонсорская поддержка MTI: Спонсоры MTI Мастерская по термоэлектричеству 9014 908 9014 908 9014 9014 9014 908 9014 9014 908 9014 9014 908 VISTEC Cylindrical Cell Pilot Line MTI спонсирует постдокторские награды Предстоящие выставки:

ERC Artistic: серия веб-семинаров

СЕРИЯ ВЕБИНАРОВ 2021

Приглашаем вас принять участие во 2-х Международных днях производства аккумуляторов — серии веб-семинаров, которые будут проходить каждый день с 14:00 до 18:00 (CEST) с 21 по 25 июня 2021 года.

Это серия международных дней производства аккумуляторов — серия веб-семинаров 2021 года, которую мы организовали впервые в 2020 году в контексте проекта ARTISTIC, посвященного моделированию и характеристике производства аккумуляторов, под руководством профессора Алехандро А. Франко и при финансовой поддержке Европейским исследовательским советом. В прошлом году мероприятие имело большой успех: в серии вебинаров приняли участие 650+ участников со всего мира, и участники получили отличные отзывы.

Эта серия бесплатных веб-семинаров предназначена для ученых и инженеров по аккумуляторным батареям, заинтересованных лиц, а также студентов, интересующихся областью энергетики.Он направлен на создание форума для обсуждения связей между процессом производства батарей и свойствами электродов, охватывающего как моделирование (физическое и машинное обучение), так и экспериментальные подходы. Повестка дня объединяет выступления членов команды проекта ARTISTIC и приглашенные лекции признанных ученых в области аккумуляторов из Европы и Северной Америки.

После того, как в 2020 году было представлено онлайн-приложение «Data Explorer», в этом году члены проектной группы ARTISTIC представят последние работы ARTISTIC и представят «Цифровой двойник онлайн-производства», онлайн-сервис, который позволит пользователям начать производство аккумуляторных электродов. моделирования из Интернета, для анализа и загрузки результатов расчетов, среди прочего, все бесплатно.Проверьте программу и зарегистрируйтесь здесь

Среди подтвержденных приглашенных докладчиков — профессор Ширли Менг (Калифорнийский университет в Сан-Диего), доктор Скотт Робертс (Национальная лаборатория Сандии), доктор Сэм Купер (Имперский колледж Лондона), Эликсабет Айерб (CIDETEC Energy Storage), доктор Донал Финеган. (NREL), профессор Мартин Базант (Массачусетский технологический институт), профессор Себастьян Тиде (Университет Твенте), профессор Поль Ширинг (UCL), профессор Арнульф Латц (DLR), профессор Бернар Лестриес (IMN), доктор Маргрет Вольфарт -Mehrens (ZSW) и доктор Yinghui Yin (SAFT Batteries).

Со стороны проекта ARTISTIC выступят профессор Алехандро А. Франко (PI проекта ARTISTIC, Университет Пикарди Жюля Верна), доктор Ален Нганджонг, Мехди Чушан, Тео Ломбардо, Аббос Шодиев, Цзяхуй Сюй, Чаоюй Лю, Марк Дукесной, Д-р Ойер Арселус и д-р Фернандо Каро.

Презентации из «Серия вебинаров проекта ARTISTIC 2021 — 2 ^и Международные дни производства аккумуляторов» теперь доступны в виде видео ниже. Обратите внимание, что презентация от Dr.Yinghui Yin недоступен из-за конфиденциальных результатов, и скоро будут доступны презентации профессора Ширли Мэн и профессора Алехандро А. Франко (пятница).

Руководство по выбору pH-электродов

| Инженерное дело360

PH-электроды

— это аналитические датчики для измерения потенциала водорода (pH), отрицательного логарифма активности ионов водорода в растворе. Значение pH вещества напрямую связано с соотношением концентраций иона водорода [H +] и гидроксильного иона [OH-].Это одно из наиболее распространенных лабораторных измерений, потому что многие химические процессы зависят от pH.

Производство pH-электродов. Автор видео: EndressHauserAG / CC BY-SA 4.0

Электроды

работают, создавая электрический потенциал между двумя жидкостями с разным pH, когда они входят в контакт с противоположными сторонами тонкой стеклянной мембраны, известной как элемент pH.Этот потенциал напряжения является функцией свободной кислотности или свободной щелочности раствора. Элемент pH проницаем для ионов H +, а pH-электрод заполнен нейтральным раствором, который по определению содержит равное количество ионов H + и OH-. Затем зонд pH погружается в раствор H +, и стеклянная мембрана пронизывается ионами H +, которые создают положительный потенциал на чувствительном электроде. Эта разность потенциалов измеряется pH-метром и преобразуется в выходной сигнал pH. Когда зонд погружен в щелочную среду, ионы H + мигрируют за пределы зонда, оставляя избыток ионов OH- внутри зонда, и pH-метр определяет отрицательный потенциал.

частей pH-электрода. Кредит изображения: Морские друзья

Электроды

отличаются от датчиков pH. Зонды pH — это узлы, используемые для измерения pH, которые включают электрод, корпус и датчик температуры.

Технические характеристики

У pH-электродов три основных рабочих характеристики: диапазон pH, точность pH и время отклика.

Шкала pH

. Кредит изображения: Центр здоровья изобилия

Для получения дополнительной информации прочтите IEEE GlobalSpec «Как выбрать электроды для снижения окисления (ОВП)».

Технические характеристики

PH-электроды

имеют физические характеристики для конфигурации электродов и вариантов раствора сравнения.

Одиночные элементы или пары электродов требуют отдельного электрода сравнения.Этот тип устройства — лучший выбор для коллоидных суспензий, йодидов в пробе и высокопроцентных твердых веществ в жидкости.

Комбинированные электроды pH также широко доступны. Эти устройства состоят из двух частей: измерительного электрода и электрода сравнения.

Варианты раствора для pH-электрода

Что касается вариантов раствора сравнения, электроды сравнения могут быть повторно заполнены или герметизированы. Компромисс между двумя типами заключается в соотношении объема обслуживания и срока службы продукта.Заправляемые pH-электроды требуют более тщательного обслуживания, но также служат дольше и обычно имеют более высокую точность. Герметичные pH-электроды не требуют повторной заправки, но имеют ограниченный срок службы, поскольку химические вещества внутри израсходованы и не подлежат замене.

Тип соединения

Тип соединения — важная физическая характеристика, которую следует учитывать при выборе pH-электродов. Есть два основных типа:

Одинарный переход — Как следует из названия, электроды сравнения с одинарным переходом содержат единственный электролит.Электролит обеспечивает постоянный уровень ионов, считываемых обратимым контрольным элементом, и образует низкопотенциальный жидкостный переход с раствором пробы. Однопереходные электроды являются наиболее распространенными в промышленности.

Стеклянный электрод с одинарным переходом. Изображение предоставлено: pHadjustment.com

Двойной переход — Электроды сравнения с двойным переходом имеют дополнительную ячейку сравнения перед ячейкой хлорида калия.Эта ячейка экранирует образец из ячейки сравнения хлорида калия. Как правило, ячейки с двойным переходом имеют более длительный срок службы, потому что второй химический барьер замедляет эффекты отравления электродов.

Материал корпуса

Существует два распространенных материала корпуса: стекло и эпоксидная смола или полимер.

Варианты монтажа

Варианты монтажа определяются как переносные или переносные, линейные (вставка) и проточные (трубопровод).

Портативные или портативные конфигурации позволяют использовать pH-электроды в лабораториях, где оператору может потребоваться тестирование нескольких различных образцов.

Вставные pH-электроды часто вставляются в технологический трубопровод через резьбовое отверстие в трубе или переборке.

Проточные исполнения подходят непосредственно к трубопроводу и становятся неотъемлемой частью через некоторые соединения, например, фланцы или другие фитинги.

Калибровка и обслуживание pH

Видео по выбору и калибровке pH-электрода.

Видео предоставлено: HachCompany / CC BY-SA 4.0

Для обеспечения максимальной производительности и долговечности вашего pH-электрода важно регулярно чистить и калибровать электрод. Между измерениями электрод следует хранить в рекомендуемом растворе для хранения pH. Эталонный спай не должен высыхать. Если электрод показывает медленное время стабилизации, нестабильные показания или трудности с калибровкой, возможно, пришло время очистить электрод.Лучшим чистящим раствором является тот, который более избирательно взаимодействует с загрязнениями (т.е. жиры и масла следует очищать неионным раствором поверхностно-активного вещества или метанолом). После очищающего раствора электрод следует промыть деионизированной водой и хранить в растворе с подходящим pH. Стеклянную колбу можно очистить, смочив ее в теплой деионизированной воде.

Если электрод является многоразовым, он должен быть заполнен правильным раствором для наполнения электрода.Перед использованием убедитесь, что внутри электрода достаточно электролитов.

Характеристики

Типичные характеристики pH-электродов:

Температурная компенсация — Температурная компенсация очень важна для точного измерения pH; однако он не используется для измерения ОВП. Температура действительно влияет на потенциалы реакции для всех химических веществ, но истинный ОВП — это прямое измерение электронов, движущихся во время окислительно-восстановительной реакции, независимо от температуры.

Встроенный датчик температуры — Устройства имеют встроенный калибратор, который можно использовать для тестирования и регулировки.

Погружная или водонепроницаемая конструкция — Погружные электроды ОВП могут использоваться при испытаниях воды.

Подходит для пищевых или санитарных применений — ORP, используемые в пищевых или санитарных целях, можно легко дезинфицировать между применениями, чтобы предотвратить загрязнение.

Список литературы

Архитектура датчика pH

Как выбрать приборы для определения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП)

Руководство по очистке и техническому обслуживанию pH-электрода

Кредиты изображений:

Склад испытательного оборудования | Омега Инжиниринг

Прочитать информацию о pH-электродах для пользователей

Применения электрохимии | Электрохимические реакции

13.7 Применения электрохимии (ESCRP)

Электрохимия имеет множество различных применений, особенно в промышленности. Принципы ячеек используются для изготовления электрических батарей . В науке и технике аккумулятор — это устройство, которое накапливает химическую энергию и делает ее доступной в электрической форме. Батареи состоят из электрохимических устройств, таких как один или несколько гальванических элементов или топливных элементов. Батареи имеют много применений, в том числе:

Топливный элемент преобразует химическую потенциальную энергию, полученную при окислении топлива (например,г. газообразный водород, углеводороды, спирты) в электрическую энергию.

• фонари

• электрические приборы, такие как мобильные телефоны (щелочные батареи с длительным сроком службы)

• цифровые фотоаппараты (литиевые батареи)

• слуховые аппараты (батарейки из оксида серебра)

• цифровые часы (батарейки с ртутью / оксидом серебра)

• военного назначения (тепловые батареи)

В этом разделе мы рассмотрим несколько примеров использования электрохимии в промышленности.

Гальваника (ESCRQ)

Электролитическая ячейка может использоваться для гальваники .

Гальваника

Процесс покрытия электропроводящего объекта тонким слоем металла с помощью электрического тока.

Гальваника возникает, когда электропроводящий объект покрывается слоем металла с помощью электрического тока. Иногда гальваника используется для придания металлу определенных свойств или по эстетическим причинам:

a) Гальваническое изделие из алюминия и b) восковая табуретка, гальванизированная медью.

Электрорафинирование (также иногда называемое Electrowinning ) — это крупномасштабное гальваническое покрытие. Медь играет важную роль в электротехнической промышленности, поскольку она обладает высокой проводимостью и используется в электрических кабелях. Однако одна из проблем заключается в том, что медь должна быть чистой, чтобы быть эффективным носителем тока. Одним из методов, используемых для очистки меди, является электрохимическое извлечение (медная руда перерабатывается в нечистую черновую медь , которая затем осаждается в виде чистой меди путем гальваники).Процесс электролитического извлечения меди выглядит следующим образом:

1. Слиток \ (\ color {Copperone} {\ textbf {impure}} \) меди, содержащий другие металлические примеси, действует как \ (\ color {blue} {\ textbf {анод}} \).

2. \ (\ color {red} {\ textbf {cathode}} \) состоит из \ (\ color {Coppertwo} {\ textbf {pure}} \) меди с небольшим количеством примесей.

3. Электролит представляет собой водный раствор \ (\ text {CuSO} _ {4} \) и \ (\ text {H} _ {2} \ text {SO} _ {4} \).{-} \) \ (\ to \ color {Coppertwo} {\ textbf {Cu (s)}} \) (\ (> \) чистота 99%)

4. Остальные металлические примеси не растворяются (\ (\ text {Au} (\ text {s}) \), \ (\ text {Ag} (\ text {s}) \)) и образуют твердый осадок на дно резервуара или оставаться в растворе (\ (\ text {Zn} (\ text {aq}) \), \ (\ text {Fe} (\ text {aq}) \) и \ (\ text {Pb} (\ text {aq}) \)) в электролите.

Хлористоводородная промышленность (ESCRR)

Хлорно-щелочная (хлорщелочная) промышленность является важной частью химической промышленности, которая производит хлор и гидроксид натрия путем электролиза сырья рассола .Рассол — это насыщенный раствор хлорида натрия (\ (\ text {NaCl} \)), который получают из природных солевых отложений.

Рассол

Насыщенный водный раствор хлорида натрия.

Помните, что электролитические ячейки используются для преобразования реагентов в продукты путем преобразования электрического тока в химическую потенциальную энергию.

Продукция хлорщелочной промышленности имеет ряд важных применений:

Хлор используется:

• для очистки воды

• как дезинфицирующее средство

• в производстве:

  • хлорноватистая кислота (используется для уничтожения бактерий в питьевой воде)

  • бумага, пищевая

  • антисептики, инсектициды, лекарства, текстиль, лабораторные химикаты

  • краски, нефтепродукты, растворители, пластмассы (например, поливинилхлорид)

Гидроксид натрия (также известный как «каустическая сода») используется для:

• производят мыло и другие чистящие средства

• боксит очищенный (руда алюминия)

• сделать бумагу

• Сделать искусственный шелк (искусственный шелк)

Одна из проблем производства хлора и гидроксида натрия заключается в том, что когда они производятся вместе, хлор соединяется с гидроксидом натрия с образованием хлората (\ (\ text {ClO} ^ {-} \)) и хлорида (\ (\ текст {Cl} ^ {-} \)) ионы.Это приводит к производству хлората натрия, \ (\ text {NaClO} \), компонента бытового отбеливателя.

Чтобы решить эту проблему, хлор и гидроксид натрия должны быть отделены друг от друга, чтобы они не вступали в реакцию. Для решения этой проблемы были разработаны три промышленных процесса. Во всех трех методах задействовано электролитических ячейки .

1. Ртутный элемент

   В ртутной ячейке (рис. 13.13):

   • Анод представляет собой угольный электрод, подвешенный к верхней части камеры.

   • Катод представляет собой жидкую ртуть, стекающую по дну камеры.

   • Электролит представляет собой рассол (\ (\ text {NaCl} \) раствор), который пропускают через камеру.

   • Когда в цепь подается электрический ток, ионы хлора в электролите \ (\ color {blue} {\ text {окисляются на аноде}} \) с образованием газообразного хлора. {-}} \)

   • В то же время ионы натрия \ (\ color {red} {\ text {восстановлены на аноде}} \) до твердого натрия.{-} \ to \ text {Na (Hg)}} \)

   • Амальгама переливается в отдельный сосуд, где она разлагается на натрий и ртуть.

   • Натрий реагирует с водой в сосуде с образованием гидроксида натрия и газообразного водорода, а ртуть возвращается в электролитическую ячейку для повторного использования.

     \ (\ color {red} {\ text {2Na (Hg) + 2H} _ {2} \ text {O (l)} \ to \ text {2NaOH (aq) + H} _ {2} \ text { (g) + Hg (l)}} \)

   Рисунок 13.{+} \) ионы.

   Следующая анимация хорошо демонстрирует, как работает ртутный элемент.

   Этот метод производит только часть хлора и гидроксида натрия, которые используются в промышленности, поскольку он имеет определенные недостатки:

   • ртуть дорогая и токсичная

   • некоторое количество ртути всегда улетучивается с использованным рассолом

   • ртуть реагирует с рассолом с образованием хлорида ртути (II)

   • ртутный элемент требует много электроэнергии

   • , хотя получаемый газообразный хлор очень чистый, ртуть необходимо удалить из смеси гидроксида натрия и водорода. {-} \ to \ text {Cl} _ {2} \ text {(g)}} \)

   • В \ (\ color {red} {\ text {cathode}} \) ионы натрия реагируют с водой, образуя едкий натр (\ (\ text {NaOH} \)) и газообразный водород.{-} \ to \ text {2NaOH (водн.) + H} _ {2} \ text {(g)}} \)

   • Некоторое количество \ (\ text {NaCl} \) соли остается в растворе с едким натром и может быть удалено на более поздней стадии.

   Рисунок 13.14: Мембранная ячейка.

   Следующая анимация хорошо демонстрирует, как работает мембранная ячейка.

   Преимущества мембранной ячейки:

   Но есть и недостатки:

   • гидроксид натрия гораздо менее концентрированный и не такой чистый

   • газообразный хлор часто также содержит газообразный кислород

   • процесс менее рентабелен, так как раствор гидроксида натрия необходимо концентрировать и очищать, прежде чем его можно будет использовать

   Для отделения хлора от гидроксида натрия две полуэлементы традиционно разделялись пористой асбестовой диафрагмой, которую необходимо было заменять каждые два месяца.

   Это нанесло вред окружающей среде, так как пришлось утилизировать большое количество асбеста. Асбест токсичен для человека и вызывает рак и проблемы с легкими. Сегодня асбест заменяется другими полимерами, которые не требуют частой замены и не токсичны.

2. Мембранная ячейка

   Мембранная ячейка (рис. 13.15) очень похожа на диафрагменную ячейку, и происходят те же реакции. Основные отличия:

   • два электрода разделены ионоселективной мембраной, а не диафрагмой

   • структура мембраны позволяет катионам проходить через нее между отсеками клетки, но не позволяет проходить анионам (это не имеет ничего общего с размером пор, а скорее с зарядом на ионах )

   • рассол закачивается в анодный отсек, и только \ (\ color {red} {\ text {положительно заряженные}} \) \ (\ color {red} {\ text {ионы натрия}} \) проходят в катод отсек, в котором находится чистая вода

   Рисунок 13.{-} \ text {(aq)} \ to \ text {NaOH (aq)}} \)

3. Ионы хлора не могут проходить через мембрану, поэтому хлор не контактирует с гидроксидом натрия в катодном отсеке. Гидроксид натрия удаляется из ячейки. Общее уравнение выглядит следующим образом:

   \ (2 \ text {NaCl} (\ text {aq}) + 2 \ text {H} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \) \ (\ to \) \ (\ текст {Cl} _ {2} (\ text {g}) + \ text {H} _ {2} (\ text {g}) + 2 \ text {NaOH} (\ text {g}) \)

Преимущества использования этого метода:

• получаемый гидроксид натрия очень чистый, потому что его хранят отдельно от раствора хлорида натрия

• гидроксид натрия имеет относительно высокую концентрацию

• этот процесс использует наименьшее количество электроэнергии из всех трех ячеек

• эта ячейка дешевле в эксплуатации, чем две другие ячейки

• элемент не содержит токсичной ртути и асбеста

Присоединяйтесь к тысячам учащихся, улучшающих свои научные оценки онлайн с помощью Siyavula Practice.{-} (\ text {aq}) \) \ (\ to \) \ (\ text {NaOH} (\ text {aq}) \)

Обобщите то, что вы узнали о трех типах клеток в хлорщелочной промышленности, заполнив приведенную ниже таблицу:

	Ртутный элемент	Мембранный элемент	Мембранный элемент
Основное сырье материал
Механизм разделяя \ (\ text {Cl} _ {2} \) и \ (\ text {NaOH} \)
Анод реакция
Катод реакция
Чистота NaOH произведено
Чистота \ (\ text {Cl} _ {2} \) произведено
Энергетика потребление
Окружающая среда удар
Стоимость производство

	Ртутный элемент	Мембранный элемент	Мембранный элемент
Основной сырой материал	рассол	рассол	рассол
Механизм разделения \ (\ text {Cl} _ {2} \) и \ (\ text {NaOH} \)	уменьшение \ (\ text {Na} ^ {+} \) до \ (\ text {Na} \) в \ (\ text {Hg} \) амальгама	использование пористой диафрагма	использование мембраны (зависит от заряда)
Анод реакция	\ (\ text {Cl} ^ {-} \) ионы \ (\ to \) \ (\ text {Cl} _ {2} \) газ	\ (\ text {Cl } ^ {-} \) ионы \ (\ to \) \ (\ text {Cl} _ {2} \) газ	\ (\ text {Cl} ^ {-} \) ионы \ (\ to \) \ (\ text {Cl} _ {2} \) газ
Катод реакция	\ (\ text {Na} ^ {+} \) ion \ (\ to \) \ (2 \ text {Na} (\ text {Hg}) \) \ (2 \ text {Na} (\ text {Hg}) + 2 \ text {H} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \) \ (\ to \) \ (2 \ text {NaOH} (\ text {aq}) + \ text {H} _ {2} (\ text {g}) \)	\ (2 \ text {Na} ^ {+} (\ text {aq}) + \ text {H} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \) \ (\ to \) \ (2 \ text {NaOH} (\ text {l}) + \ text {H} _ {2} (\ text {g}) \)	\ (2 \ text {Na} ^ {+} (\ text {aq}) + \ text {H} _ {2 } \ text {O} (\ text {l}) \) \ (\ to \) \ (2 \ text {NaOH} (\ text {l}) + \ text {H} _ {2} (\ text { g}) \)
Чистота NaOH	низкая чистота	средняя чистота низкая концентрация	высокая чистота
Чистота \ (\ text {Cl} _ {2} \)	высокая чистота	смешанная с \ (\ text {O} _ {2} \)	в смеси с \ (\ text {O} _ {2} \)
Энергия потребление	высокое	меньше, чем ртутный элемент	низкоэнергетический
Экологический удар	высокий	ниже, чем ртутный элемент	ниже, чем Диафрагма и ртутный элемент
Стоимость производство	дорого	дорого, ас товар должен быть очищенный	низкопроизводительный стоимость

Назовите «сырье» на этапе 1 .{-} (\ text {aq}) \)

Какой ион проходит через мембрану во время этих реакций?

Хлор используется для очистки питьевой воды и воды плавательных бассейнов. Вещество, ответственное за этот процесс, — слабая кислота, хлорноватистая кислота (\ (\ text {HOCl} \)). Один из способов поместить \ (\ text {HOCl} \) в бассейн — это пропустить через воду газообразный хлор. Приведите уравнение, показывающее, как пузырьки \ (\ text {Cl} _ {2} (\ text {g}) \) через воду создают \ (\ text {HOCl} \).

\ (\ text {Cl} _ {2} (\ text {g}) + \ text {H} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \) \ (\ to \) \ (\ text {HOCl} (\ text {aq}) + \ text {HCl} (\ text {aq}) \)

Обычный способ очистки воды в бассейне — добавление «гранулированного хлора». Гранулированный хлор состоит из соли гипохлорита кальция, \ (\ text {Ca} (\ text {OCl}) _ {2} \). Приведите уравнение, показывающее, как эта соль растворяется в воде. Укажите фазу каждого вещества в уравнении. {-} (\ text {aq}) \)

Добыча алюминия (ESCRS)

Алюминий — широко используемый металл в промышленности, где можно использовать его свойства легкости и прочности.Он используется при производстве таких изделий, как самолеты и автомобили. Металл присутствует в месторождениях бокситов. Боксит представляет собой смесь кремнезема, оксидов железа и гидратированного оксида алюминия (\ (\ text {Al} _ {2} \ text {O} _ {3} \). X \ (\ text {H} _ {2} \ text {O} \)).

Боксит — это порода, содержащая большое количество оксида алюминия (\ (\ text {Al} _ {2} \ text {O} _ {3} \)) и гидроксида алюминия (\ (\ text {Al} (\ текст {OH}) _ {3} \)), а также многие другие минералы, содержащие алюминий. Боксит — самый богатый источник алюминия по сравнению с любой другой распространенной породой и лучшая алюминиевая руда.

Электролиз может использоваться для извлечения алюминия из бокситов. Описанный ниже процесс дает алюминий чистотой 99%:

1. Алюминий плавится вместе с криолитом (\ (\ text {Na} _ {3} \ text {AlF} _ {6} \)), который действует как электролит. {-} \) ионы.{3 -} \) электролит устойчив и остается в расплавленном состоянии.

Общая реакция следующая:

\ (2 \ text {Al} _ {2} \ text {O} _ {3} (\ text {s}) \) \ (\ to \) \ (4 \ text {Al} (\ text {s }) + 3 \ text {O} _ {2} (\ text {g}) \)

Единственная проблема с этим процессом состоит в том, что реакция является эндотермической , и для ее запуска требуется большое количество электричества. Следовательно, процесс очень дорогостоящий.

Почему Китай доминирует в производстве литий-ионных батарей

Заводские рабочие собирают литий-ионные батареи на заводе China BAK Battery Inc.объект в Тяньцзине, … [+] Китай. China BAK Battery через свои операции в Китае производит и распространяет стандартные и индивидуальные литий-ионные аккумуляторы для использования в мобильных телефонах и других портативных электронных устройствах. Фотограф: Кейт Бедфорд / Bloomberg

НОВОСТИ BLOOMBERG

Мир становится все более электрифицированным. Не только развивающиеся страны увеличивают доступность электроэнергии для своего населения, но и электрификация существующей транспортной инфраструктуры идет быстрыми темпами.К 2040 году более половины автомобилей на дорогах будут работать от электричества.

Батареи играют решающую роль в этом переходе, но относительно новый тип батарей, кажется, несомненно, будет доминировать как в личной электронике, так и в транспорте и тяжелой промышленности.

Фактически, это господство идет полным ходом.

Краткая история батарей

Батареи уже давно являются частью нашей повседневной жизни.Первая в мире настоящая батарея была изобретена в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта. Изобретение представляло собой значительный прорыв, но с тех пор было сделано лишь несколько значительных нововведений.

Первой была свинцово-кислотная батарея, которая была изобретена в 1859 году. Это была первая аккумуляторная батарея, которая до сих пор остается наиболее распространенной батареей, используемой для запуска двигателей внутреннего сгорания.

За последние два столетия появилось несколько инновационных конструкций аккумуляторов, но только в 1980 году был изобретен настоящий переломный момент.Именно тогда открытия в Оксфордском и Стэнфордском университетах привели к разработке литий-ионной батареи. Sony выпустила первый литий-ионный аккумулятор в 1991 году.

Что особенного в литии?

В литий-ионной батарее металлический литий мигрирует через батарею от одного электрода к другому в виде иона лития. Литий — один из самых легких элементов, и он обладает самым сильным электрохимическим потенциалом среди всех элементов. Это позволяет литиевой батарее вместить много энергии в небольшую легкую батарею.В результате литий-ионные батареи стали предпочтительными во многих бытовых электронных устройствах, таких как ноутбуки и сотовые телефоны.

Литий-ионные аккумуляторы Gain Momentum

Из-за преимуществ, присущих литий-ионным батареям, с начала века продажи росли в геометрической прогрессии. Это помогает постоянно снижать расходы. Падение цен также помогло литий-ионным батареям прочно закрепиться в новых приложениях.

По данным исследовательской организации BloombergNEF, средневзвешенная цена на литий-ионный аккумулятор (который включает элемент и аккумулятор) упала на 85% в период с 2010 по 2018 год, достигнув в среднем 176 долларов за кВтч.BloombergNEF также прогнозирует, что к 2024 году цены упадут до 94 долларов за киловатт-час и до 62 долларов за киловатт-час к 2030 году.

Эта падающая кривая затрат имеет важные последствия для любой компании, которая использует аккумуляторные батареи в своих услугах, или для компаний, у которых есть потребность в хранении энергии (например, производителей электроэнергии). На сегодняшний день большая часть продаж литий-ионных аккумуляторов приходится на сектор бытовой электроники, но в будущем продажи будут все больше зависеть от электромобилей.

В большинстве автомобилей на дорогах сегодня по-прежнему используются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи и двигатель внутреннего сгорания.Но продажи электромобилей, работающих от литий-ионных батарей, за последние пять лет выросли более чем в десять раз. Кроме того, все больше и больше стран устанавливают в будущем запреты на автомобили, работающие на двигателях внутреннего сгорания, ожидая, что электромобили в конечном итоге будут преобладать в личном транспорте.

Это, конечно, означает гораздо больший спрос на батареи в будущем. Настолько, что производитель электромобилей Tesla в партнерстве с Panasonic инвестирует миллиарды долларов в строительство новых заводов по производству литий-ионных аккумуляторов.Тем не менее, американские производители литий-ионных аккумуляторов отстают по доле рынка.

Связанный с этим растущий рынок литий-ионных батарей относится к тяжелым промышленным приложениям, таким как погрузчики, подметальные машины и скрубберы, наземные службы поддержки аэропортов и транспортные средства с автоматическим управлением (AGV). Эти нишевые применения исторически обслуживались свинцово-кислотными батареями и двигателями внутреннего сгорания, но экономика быстро сместилась в пользу литий-ионных батарей.

Тем не менее, одна страна воспользовалась моментом и заняла в этом пространстве доминирующее рыночное преимущество над своими конкурентами.Но это не США, где проводилась большая часть критических исследований и разработок, в результате которых была создана литий-ионная батарея.

Китай на сиденье водителя

Согласно анализу BloombergNEF, в начале 2019 года мировые мощности по производству литиевых элементов составляли 316 гигаватт-часов (ГВт-ч). 73% этих мощностей приходится на Китай, за ним идут США, которые далеко отстают на втором месте с 12% мировых мощностей.

Согласно прогнозам BloombergNEF, мировая мощность

будет устойчиво расти к 2025 году.Согласно прогнозам, производственные мощности в США будут расти, но медленнее, чем мировые. Таким образом, согласно прогнозам, доля США в мировом производстве литиевых элементов сократится.

Tesla пытается решить эту проблему путем строительства собственных заводов по производству аккумуляторов, но для компаний, поставляющих широкий спектр этих типов аккумуляторов, таких как калифорнийская OneCharge, поиск местных поставщиков оказался сложной задачей. Недавно я разговаривал с генеральным директором OneCharge Алексом Писаревым, который рассказал о проблемах, с которыми столкнулась его компания:

«Американские производители с удовольствием использовали бы U.Литий-ионные элементы, произведенные С., — сказал мне Писарев, — сегодня нереально. Поэтому мы должны продолжать импортировать их из Китая ».

Китай идет по тому же пути, что и раньше с солнечными батареями. Хотя солнечные элементы были изобретены американским инженером Расселом Олом, сегодня Китай доминирует на мировом рынке солнечных панелей. Теперь Китай сосредоточен на контроле над мировым производством литий-ионных батарей.

Предпочтительнее ли иметь самые дешевые зеленые технологии, даже если это означает передачу производства другим странам? Низкие цены на солнечные панели способствовали взрывному росту количества новых солнечных панелей, что, в свою очередь, поддержало многие U.С. Джобс. Но большая часть этих панелей производится в Китае. Администрация Трампа попыталась решить эту проблему, установив тарифы на импортные солнечные панели, но большая часть солнечной индустрии США решительно выступила против этих тарифов.

У Китая есть главное преимущество — дешевая рабочая сила, которая позволила ему доминировать во многих отраслях обрабатывающей промышленности. Но Китай также обладает большими запасами лития и гораздо большим производством лития, чем США. В 2018 году производство лития в Китае составило 8000 метрических тонн, это третье место среди всех стран и почти в десять раз больше U.S. производство лития. Запасы лития в Китае в 2018 году составили один миллион метрических тонн, что почти в 30 раз превышает уровень США.

Путь вперед

Тенденции указывают на то, что литий-ионные батареи будут все больше вытеснять свинцово-кислотные батареи в секторах транспорта и тяжелого оборудования. Это критическое событие в мире, который борется с рекордными выбросами углекислого газа.

Но с таким преимуществом как в стоимости производства, так и в доступности сырья, U.С. конкурировать с Китаем на мировом рынке? Если нет, могут ли США развить конкурентный рынок переработанного лития по мере того, как все больше литий-ионных батарей подходят к концу?

Это важные вопросы, требующие ответа.

Переход на литиевые батареи открывает множество новых проблем и возможностей. Но США нужна эффективная стратегия, чтобы не уступить Китаю еще одну возможность производства чистой энергии.

Биобатареи Tattoo вырабатывают энергию из пота (видео)

Устройство работает, обнаруживая и реагируя на лактат, который естественным образом присутствует в поте.«Лактат — очень важный индикатор того, как вы делаете упражнения», — говорит Вэньчжао Цзя, доктор философии.

В целом, чем интенсивнее упражнение, тем больше лактата вырабатывается в организме. Во время интенсивных физических нагрузок организму необходимо вырабатывать больше энергии, поэтому он активирует процесс, называемый гликолизом. Гликолиз производит энергию и лактат, последний из которых ученые могут обнаружить в крови.

Профессиональные спортсмены контролируют уровень лактата во время тестирования производительности, чтобы оценить свою физическую форму и программу тренировок.Кроме того, врачи измеряют лактат во время тестирования пациентов с физической нагрузкой для состояний, отмеченных аномально высоким уровнем лактата, таких как болезни сердца или легких. В настоящее время тестирование на лактат неудобно и навязчиво, потому что образцы крови необходимо собирать у человека в разное время во время режима физических упражнений, а затем анализировать.

Джиа, аспирант лаборатории Джозефа Ванга, доктора наук, Калифорнийского университета в Сан-Диего, и ее коллеги разработали более быстрый, простой и удобный способ измерения лактата во время физических упражнений.Они отпечатали гибкий датчик лактата на бумаге для временных татуировок. Датчик содержал фермент, который отделяет электроны от лактата, создавая слабый электрический ток. Исследователи нанесли татуировку на предплечья 10 здоровых добровольцев. Затем команда измерила электрический ток, возникающий, когда добровольцы тренировались с возрастающими уровнями сопротивления на велотренажере в течение 30 минут. Таким образом, они могли постоянно контролировать уровень лактата в поту с течением времени и с изменениями интенсивности упражнений.

Затем команда пошла еще дальше, опираясь на эти открытия, чтобы создать биобатарею, питающуюся от пота. Батареи вырабатывают энергию, пропуская ток в форме электронов от анода к катоду. В этом случае анод содержал фермент, который удаляет электроны из лактата, а катод содержал молекулу, которая принимает электроны.

Когда 15 добровольцев носили татуированные биобатарейки во время упражнений на велотренажере, они вырабатывали разное количество энергии.Интересно, что люди, которые были менее спортивны (тренировались реже одного раза в неделю), производили больше энергии, чем те, кто был в средней форме (выполняя упражнения один-три раза в неделю). Энтузиасты, которые занимались более трех раз в неделю, производили наименьшее количество энергии. Исследователи говорят, что это, вероятно, связано с тем, что люди с меньшей физической формой быстрее устают, что приводит к более раннему началу гликолиза и образованию большего количества лактата. Максимальное количество энергии, производимой человеком в группе с низкой физической подготовкой, составляло 70 микроватт на 1 см ² кожи.

«Производимый ток не такой высокий, но мы работаем над его повышением, чтобы в конечном итоге мы могли питать некоторые небольшие электронные устройства», — говорит Цзя. «Прямо сейчас мы можем получить максимум 70 микроватт на см ² , но наши электроды имеют размер всего 2 на 3 миллиметра и генерируют около 4 микроватт — это немного мало для выработки энергии, достаточной, например, для работы часов. для чего требуется не менее 10 микроватт. Таким образом, помимо работы по увеличению мощности, нам также необходимо использовать электронику для хранения генерируемого тока и сделать его достаточным для этих требований.”

Биобатареи

обладают определенными преимуществами по сравнению с обычными батареями: они быстрее заряжаются, используют возобновляемые источники энергии (в данном случае — пот) и более безопасны, поскольку не взрываются и не выделяют токсичные химические вещества.

«Это первые примеры эпидермального электрохимического биосенсора и биотопливных ячеек, которые потенциально могут быть использованы для широкого спектра будущих применений», — говорит Ван.

Исследователи подтверждают получение финансирования от Национального научного фонда и Управления военно-морских исследований.

Американское химическое общество — некоммерческая организация, учрежденная Конгрессом США. ACS, насчитывающая более 161 000 членов, является крупнейшим в мире научным сообществом и мировым лидером в предоставлении доступа к исследованиям в области химии через свои многочисленные базы данных, рецензируемые журналы и научные конференции. Его главные офисы находятся в Вашингтоне, округ Колумбия, и Колумбусе, штат Огайо.

.