Южнокорейские исследователи создали гибридный материал для анода в аккумуляторах, который позволяет быструю зарядку без сокращения сроков службы батареи.
«Экспериментальные испытания показали, что этот гибридный анод обеспечивает в четыре раза большую емкость, чем обычный графитовый, в условиях высокоскоростной зарядки (4 А/ч)», — заявляют разработчики в пресс-релизе.
По результатам испытаний аккумуляторы с новым анодом сохраняли 70% от первоначальной емкости после более 1 тыс. циклов зарядки-разрядки. При сборке в пакетные элементы анод продемонстрировал стабильную работу на протяжении более 2 тыс. 100 циклов с кулоновской эффективностью 99%.
Разработка призвана решить проблему литий-ионного покрытия, из-за которого быстрая зарядка приводит к образованию так называемого «мертвого лития» на поверхности анода. Накопление лития на аноде снижает емкость аккумулятора и ускоряет общий износ.
Корейские исследователи создали гибридный анод, сочетающий графитовые частицы (межуглеродные микросферы) с изогнутыми нанолистами органического материала, называемого хлорированным искривленным гексабензокороненом (Cl-cHBC). Изогнутая структура нанолистов является ключевой, создавая более широкие межслойные пространства и наноканалы. Эти каналы служат путем для ионов лития, эффективнее проводя их, чем в стандартном графитовом аноде.
«При смешивании в равных частях эти два материала облегчают последовательный процесс переноса литий-ионов, при котором ионы сначала попадают в нанолисты, а затем перемещаются в графит. Такая поэтапная установка предотвращает образование мертвого лития, обеспечивая быструю зарядку без потери емкости, что подтверждено теоретическим моделированием», — объясняют разработчики.
Проведенное теоретическое моделирование подтвердило, что этот механизм позволяет аноду проводить быструю зарядку без потери емкости. По словам исследователей, предлагаемый ими процесс масштабируем и совместим с существующей инфраструктурой производства аккумуляторов.
Химическая универсальность изогнутых нанолистов также открывает возможности для разработки других систем хранения энергии. Сейчас исследователи изучают возможность их использования в натрий-ионных аккумуляторах. В исследовании сделан вывод, что этот последовательный механизм вставки предлагает принцип проектирования к созданию аккумуляторов следующего поколения, которым нужна как быстрая зарядка, так и долгосрочная стабильность.
Источник: Interesting Engineering