В эксперименте литий-ионную батарею зарядили на 90% всего за 6 минут
Несмотря на то, что литий-ионные батареи используются в абсолютном большинстве электромобилей, представленных на рынке, обеспечиваемые ими емкость и, в особенности, скорость зарядки, далеки для идеальных для этого приложения. Ускорить зарядку/разрядку литий-ионных аккумуляторов до сих пор пытались путем уменьшения размеров частиц электродных материалов. Однако такой метод имеет серьезный недостаток, заключающийся в уменьшении объемной плотности энергии батарей.
В Пхоханском университе науки и технологии (POSTECH) группа исследователей с факультета материаловедения под руководством профессора Канга (Byoungwoo Kang) и доктора Кима (Minkyung Kim) впервые продемонстрировала, что высокая мощность литий-ионной батареи может быть достигнута без уменьшения размеров частиц.
Статья об этой работе, подготовленная с участием коллег из Университета Сонгюнгван, вышла в недавнем издании Energy & Environmental Science, ведущего международного журнала в области материалов для энергетики.
В ней корейская группа подтвердила, что если во время зарядки и разрядки образуется промежуточная фаза, высокая мощность (а, значит, и быстрая зарядка/разрядка) может быть получена без потери высокой плотности энергии или уменьшения размера частиц, что позволяет создавать длительно работающие литий-ионные аккумуляторы.
Обычно, когда в процессе перезарядки внутри частицы наряду с прежними создаются и растут новые фазы, на поверхности раздела между ними возникают структурные дефекты. Эти дефекты сдерживают рост новой фазы внутри частицы и являются фактором, ограничивающим скорость зарядки/разрядки.
Новый метод синтеза, разработанный в POSTECH, вводит в частицу промежуточную фазу. Она действует как структурный буфер, значительно уменьшающий объемные изменения при фазовых переходах, благодаря чему скорость ввода в частицу ионов лития (а также их удаления) существенно возрастает.
В лабораторных тестах, электроды, синтезированные корейскими учеными за шесть минут заряжались до 90% максимальной емкости и разряжались на 54% всего за 18 секунд - многообещающий результат для разработки мощных литий-ионных батарей.
"Традиционный подход из-за уменьшения размера частиц всегда был компромиссом между низкой плотностью энергии и быстрой скоростью заряда/разряда, - отметил профессор Канг, автор статьи. - Это исследование создало предпосылки для разработки литий-ионных аккумуляторов, способных обеспечить быструю зарядку и разрядку, высокую плотность энергии и длительную работу".
