Электр көліктері мен жоғары қуатты электрондық құрылғылардың жылдам дамуы аса жылдам зарядталатын литий-ионды батареяларға деген сұраныстың артуына әкелді. Дегенмен, қазіргі литий-ионды қайта зарядталатын батареялар жылдам зарядтау процестері кезінде қуаттың қатты төмендеуіне ұшырайды және тіпті апатты істен шығуларға әкелуі мүмкін, бұл қауіпсіздік тәуекелдерін арттырады. Бұл негізінен анод-электролит интерфейсіндегі электрохимиялық тұрақсыздықтан туындайды, бұл батарея бетінде зиянды металл-литий шөгінділерін және нашар термиялық тұрақтылықты тудырады.
Соңғы жылдары жоғары вольтты анод материалдары литийдің шамадан тыс тұндырылуын және тұрақсыз қатты электролит интерфазалық (SEI) қабаттарының пайда болуын тежеудің өте перспективалы баламаларына айналды. Осы күшті жақтарына қарамастан, заманауи материалдар әлі де қанағаттанарлықсыз иондық өткізгіштік пен термиялық тұрақтылықпен шектеледі, бұл қуат шығысын және ұзақ мерзімді сенімділікті әлсіретеді.
Шетелдік БАҚ хабарлауынша, осы мәселелерді шешу үшін Сеул ұлттық ғылым және технология университетінің доценті Донгвук Хан бастаған зерттеу тобы NASICON типті құрылымы бар стехиометриялық емес (OS) литий титан фосфаты анод материалын жасап шығарды. Бұл материал ерекше құрылымдық және термиялық тұрақтылығымен танымал. Бұл конструкция белсенді материал бөлшектерінің бетінің астында кинетикалық шектеулерді бұзып, тұрақты жылдам зарядтау өнімділігіне қол жеткізу үшін өздігінен фазалық түрленуді тудыруы мүмкін.
Тиісті зерттеу нәтижелері Advanced Functional Materials журналында жарияланды.
Жылдамдатылған ион тасымалдау үшін беттік модуляция
Литий титан фосфаты (LTP) натрий-асқын иондық өткізгіш (NASICON) типті құрылымға ие, ол керемет құрылымдық және термиялық тұрақтылыққа, сондай-ақ жылдам литий-иондық диффузия арналарына ие. Оның толық ауқымды әлеуетін пайдалану үшін зерттеушілер стехиометриялық емес жобалау стратегиясын қабылдады және фосфордың (P) титанға (Ti) қатынасын әдейі арттырды. Титанның мұндай жетіспейтін құрамы LTP бөлшектерінің бетіне жақын титан фосфаты (TPO) домендерін тудырады.
Бұл TPO-ға бай аймақтар жоғары тиімді кинетикалық арналар ретінде әрекет етеді, анод-электролит интерфейсі арқылы литий-иондарды тасымалдау үшін энергия кедергісін төмендетеді және бөлшектер беттеріне жақын жерде жылдам иондарды тасымалдау жолдарын салады. Сонымен қатар, TPO құрылымындағы өте икемді P-O-P байланыстары жылдам зарядтау циклдері кезінде көлемнің өзгеруіне бейімделу үшін құрылымдық икемділікті қамтамасыз етеді және NASICON типті құрылымды қайтымсыз зақымданудан қорғайды.
Жылдам зарядтау жағдайларында берік өнімділік
Тиісінше, жылдамдықты сынауларда, жылдам зарядтау қабілетін бағалайтын маңызды көрсеткіш, OS-LTP-көміртекті (OS-LTP/C) композиттік анод 10C зарядтау жылдамдығында бастапқы сыйымдылығының 86%-ын сақтап қалды, ал таза LTP/C композиттік анодының сыйымдылығы күрт төмендеді.
Бұл материал 250-ден астам циклден кейін тамаша циклдік тұрақтылықты қамтамасыз етеді. Толық ұяшықты конфигурациялар да жоғары вольтты катодтармен бірдей жоғары жылдамдықты өнімділікті және кең ауқымды үйлесімділікті көрсетеді.
Батареяларды қауіпсіз етудің кеңірек жолы
«Біздің әдісіміз жылдам зарядталатын батареяларды жобалау үшін мүлдем жаңа парадигма жасайды және оны толығымен қатты денелі батареяларды қоса алғанда, болашақтағы бірнеше энергия сақтау жүйелеріне кеңінен қолдануға болады», - деп атап өтті Хан. «Бұл жобалау стратегиясы зарядтау уақытын қысқарту, қауіпсіздікті жақсарту және жаңартылатын энергия көздерінің электр желілерін қолдау арқылы электр көліктерін практикалық ете алады».
Қорытындылай келе, бұл стехиометриялық емес дизайн стратегиясы қайта зарядталатын батареялар кездесетін негізгі кедергілердің бірін шешеді және коммерциялық тұрғыдан қолдануға дайын ультра жылдам зарядталатын энергия сақтау технологиясы үшін перспективалы тәсілді ұсынады.
Жарияланған уақыты: 2026 жылғы 7 тамыз