Предложена новая методика проектирования быстрозаряжаемых батарей

Фото из открытых источников

Новая разработка южнокорейских ученых сделает возможным зарядку батареи, не теряя мощности и без рисков перегрева. Технология продемонстрировала совместимость с разными катодами и годится для твердотельных аккумуляторов.

Литий‑ионные батареи, обладающие функцией сверхбыстрой зарядки, пользуются всё большим спросом на фоне роста производства электромобилей и развития электроники. Но быстрая зарядка приводит к утрате мощности. К тому же, она создаёт риски: на границе анода и электролита возникает металлический литий, а на батарее плохо отражается нагрев.

Что заставляет ученых искать более надежные материалы для анодов. Неплох вариант высоковольтных анодных материалов, мешающих избытку лития оседать на поверхности. Но они слабо проводят ионы и не всегда справляются с нагревом, отчего аккумуляторы быстрее изнашиваются.

Команда исследователей из Сеульского национального университета науки и технологий придумала анод на базе литий‑титанового фосфата со структурой NASICON, придающей материалу прочность и помогающей ионам лития активнее передвигаться внутри батареи. Для улучшения свойств материала были изменены пропорции элементов: учёные нарастили долю фосфора относительно титана. Отчего рядом с поверхностью частиц сформировались участки-домены фосфата титана.

Они функционируют как ускорители для ионов лития и понижают сопротивление на границе анода и электролита, создавая условия для быстрого движения ионов. Особая связь внутри этих участков придаёт структуре больше гибкости, что даёт ей возможность лучше выдерживать изменения объема при зарядке, не разрушаясь.

Новинка показала достойный результат в тестах: при ускоренной зарядке он сохранял 86% своей емкости, хотя обычный материал терял мощность значительно. Батарея успешно отработала больше 250 циклов зарядки и показала совместимость с разными типами катодов.

Ученые уверены, что этот подход станет основой для новых батарей, в частности, полностью твердотельных. Зарядка электромобилей станет быстрее, сами аккумуляторы – безопаснее, к тому же, появится шанс для более эффективного использования возобновляемой энергии.