Шесть минут: новая технология быстрой зарядки аккумулятора
Лидирующие позиции Tesla на мировом рынке электромобилей задает тренд популярности использования таких машин. В отличии от авто, где используется двигатель внутреннего сгорания, для питания электромобилей используются литий-ионные аккумуляторы, определяющие общие характеристики таких машин.
Главный минус в использовании электрокаров – медленная зарядка аккумуляторов. Исследовательская группа POSTECH смогла преодолеть этот барьер, разработав уникальный материал для аккумуляторов электрокаров, который позволяет быстро заряжать батарею, обеспечивая ей долгий срок эксплуатации, электромобиль заряжается на 90 % всего за шесть минут.
Возможность быстрой зарядки/разрядки электродных материалов является одним из основных свойств литий-ионных аккумуляторов. Хорошо известным подходом к улучшению кинетики электродных материалов является минимизация размера частиц до наномасштаба, особенно для материалов с разделением фаз, таких как LiFePO4и Li4Ti5O12.
Высокую мощность специалисты получили за счет значительного сокращения времени зарядки без уменьшения размера частиц. Для быстрой зарядки аккумуляторов ранее использовались методы, уменьшающие размеры частиц электродных материалов. Но в этом процессе есть основной недостаток, он связан с уменьшением объемной плотности энергии батарей.
Ученые доказали, что если промежуточная фаза перехода образуется во время зарядки и разрядки, то можно получить высокую мощность без потери высокой плотности и уменьшения размера частиц . Это приводит к долговечности литий-ионных аккумуляторов.
Ученые разработали особый метод синтеза, который можно сформировать в промежуточной фазе. Она действует как структурный буфер, уменьшая изменения объема между двумя фазами в частице. Эта же промежуточная буферная фаза способна вырастить новую фазу внутри частицы, тем самым улучшая скорость введения и удаления лития в частице.
Таким образом, образование промежуточной фазы может значительно увеличить скорость зарядки и разрядки элемента за счет создания однородной электрохимической реакции в электроде, из которого состоят многочисленные частицы. В итоге электроды аккумуляторов зарядились на 90 процентов всего за шесть минут.
Сверхбыстрая кинетика в материале электрода с разделением фаз за счет образования промежуточной фазы без уменьшения размера частиц.
Источник: «Сверхбыстрая кинетика в материале электрода с разделением фаз за счет образования промежуточной фазы без уменьшения размера частиц», — Минкён Ким, Михи Чжон, Вон-Суб Юн и Бёнгву Канг, 17 сентября 2020 г., Energy & Environmental Science.DOI: 10.1039 / D0EE02518F