Sparčiai tobulėjant elektrinėms transporto priemonėms ir didelio galingumo elektroniniams prietaisams, išaugo itin greitai įkraunamų ličio jonų akumuliatorių paklausa. Nepaisant to, dabartinės įkraunamos ličio jonų baterijos greitai įkraunamos ir gali sukelti katastrofiškų gedimų, o tai kelia pavojų saugai. Tai daugiausia lemia elektrocheminis nestabilumas anodo ir elektrolito sąsajoje, dėl kurio ant akumuliatoriaus paviršiaus nusėda žalingas metalo ir ličio nuosėdas, o tai lemia prastą terminį stabilumą.
Pastaraisiais metais aukštos įtampos anodų medžiagos tapo labai perspektyviomis alternatyvomis, siekiant slopinti per didelį ličio nusėdimą ir nestabilių kietojo elektrolitų tarpfazinių (SEI) sluoksnių susidarymą. Nepaisant šių privalumų, pažangiausias medžiagas vis dar riboja nepatenkinamas joninis laidumas ir terminis stabilumas, kurie silpnina galią ir ilgalaikį patikimumą.
Užsienio žiniasklaidos pranešimuose teigiama, kad siekdama išspręsti šias problemas, Seulo nacionalinio mokslo ir technologijų universiteto docento Dongwooko Hano vadovaujama tyrimų komanda sukūrė nestechiometrinę (OS) ličio titano fosfato anodo medžiagą su NASICON tipo struktūra. Ši medžiaga gerai žinoma dėl išskirtinio struktūrinio ir terminio stabilumo. Ši konstrukcija gali sukelti savaiminę fazinę transformaciją po aktyviosios medžiagos dalelių paviršiumi, kad būtų įveikti kinetiniai apribojimai ir pasiektas stabilus greitas įkrovimas.
Atitinkami tyrimų rezultatai buvo paskelbti žurnale „Advanced Functional Materials“.
Paviršiaus moduliacija pagreitintam jonų pernašai
Ličio titano fosfatas (LTP) pasižymi natrio superjoninio laidininko (NASICON) tipo struktūra, kuri pasižymi išskirtiniu struktūriniu ir terminiu stabilumu, taip pat greitais ličio jonų difuzijos kanalais. Siekdami išnaudoti visą jo potencialą, tyrėjai pasirinko nestechiometrinę projektavimo strategiją ir sąmoningai padidino fosforo (P) ir titano (Ti) santykį. Tokia titano neturinti sudėtis sukuria titano fosfato (TPO) domenus arti LTP dalelių paviršiaus.
Šie TPO turtingi regionai veikia kaip didelio efektyvumo kinetiniai kanalai, sumažinantys energijos barjerą ličio jonų pernašai per anodo ir elektrolito sąsają ir sudarantys greitus jonų perdavimo kelius šalia dalelių paviršių. Be to, labai lanksčios P-O-P jungtys TPO struktūroje suteikia struktūrinį lankstumą, leidžiantį prisitaikyti prie tūrio pokyčių greito įkrovimo ciklų metu ir apsaugoti NASICON tipo struktūrą nuo negrįžtamų pažeidimų.
Tvirtas veikimas greito įkrovimo sąlygomis
Atitinkamai, spartos bandymuose, kurie yra svarbiausias rodiklis, įvertinantis greito įkrovimo talpą, OS-LTP-anglies (OS-LTP/C) kompozicinis anodas išlaikė įspūdingus 86 % savo pradinės talpos esant 10C įkrovimo spartai, o nesugadinto LTP/C kompozicinio anodo talpa smarkiai sumažėjo.
Ši medžiaga taip pat pasižymi puikiu cikliniu stabilumu po daugiau nei 250 ciklų. Pilnaelementės konfigūracijos pasižymi panašiu puikiu greičiu ir plačiu suderinamumu su aukštos įtampos katodais.
Platesnis kelias saugesnių baterijų link
„Mūsų metodas sukuria visiškai naują greito įkrovimo akumuliatorių projektavimo paradigmą ir gali būti plačiai taikomas kelioms būsimoms energijos kaupimo sistemoms, įskaitant visiškai kietojo kūno baterijas“, – pabrėžė Hanas. „Ši projektavimo strategija gali padaryti elektrines transporto priemones praktiškesnes, sutrumpinant įkrovimo laiką, pagerinant saugumą ir siūlant paramą atsinaujinančios energijos tinklams.“
Apibendrinant, ši nestechiometrinė projektavimo strategija išsprendžia vieną iš pagrindinių kliūčių, su kuriomis susiduria įkraunamos baterijos, ir siūlo perspektyvų požiūrį į komerciškai paruoštą itin greito įkrovimo energijos kaupimo technologiją.
Įrašo laikas: 2026 m. rugpjūčio 7 d.