Новая реальность. Зарядка электромобилей до 90% за 6 минут

Благодаря лидирующей позиции Telsa, рынок электромобилей во всем мире растет. В отличие от обычных автомобилей, в которых используются двигатели внутреннего сгорания, электромобили питаются исключительно от литий-ионных аккумуляторов, поэтому характеристики аккумулятора определяют общую производительность автомобиля. Однако медленное время зарядки и слабая мощность по-прежнему являются препятствиями, которые необходимо преодолеть. В свете этого исследовательская группа Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) недавно разработала материал для аккумуляторов электромобилей с более быстрой зарядкой и более длительным сроком службы.

Исследовательские группы профессора Бёнву Канга и доктора Минкён Ким из Департамента материаловедения и инженерии POSTECH и профессора Вон-Суб Юна из Департамента энергетических наук Университета Сунгюнкван впервые вместе доказали, что при зарядке и разрядке литий-ионного аккумуляторного электродного материала высокая мощность может быть получена за счет значительного сокращения времени зарядки и разрядки без уменьшения размера частиц. Результаты этих исследований были опубликованы в недавнем выпуске журнала Energy & Environmental Science, ведущего международного журнала в области энергетических материалов.

Для быстрой зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов до сих пор использовались методы, уменьшающие размер частиц электродных материалов. Однако уменьшение размера частиц имеет недостаток, заключающийся в уменьшении объемной плотности энергии батарей.

В связи с этим исследовательская группа подтвердила, что если промежуточная фаза фазового перехода образуется во время зарядки и разрядки, может быть получена высокая мощность без потери высокой плотности энергии или уменьшения размера частиц за счет быстрой зарядки и разрядки, что позволяет создавать литий-ионные аккумуляторы длительного срока службы.

В случае материалов, разделяющих фазы, которые подвергаются процессу создания и роста новых фаз во время зарядки и разрядки, две фазы с разными объемами существуют внутри одной частицы, что приводит к множеству структурных дефектов на границе раздела двух фаз. Эти дефекты препятствуют быстрому росту новой фазы внутри частицы, затрудняя быструю зарядку и разрядку.

Используя метод синтеза, разработанный исследовательской группой, можно вызвать промежуточную фазу, которая действует как структурный буфер, который может значительно уменьшить изменение объема между двумя фазами в частице.

Кроме того, было подтверждено, что эта промежуточная буферная фаза может помочь создать и вырастить новую фазу внутри частицы, улучшая скорость введения и удаления лития в частице. Это, в свою очередь, доказало, что 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 результате электроды литий-ионных аккумуляторов, синтезированные исследовательской группой, заряжаются до 90% за шесть минут и разряжаются на 54% за 18 секунд, что является многообещающим признаком разработки мощных литий-ионных аккумуляторов, пишет EurekAlert.

«Традиционный подход всегда был компромиссом между его низкой плотностью энергии и быстрой скоростью заряда и разряда из-за уменьшения размера частиц», - отметил профессор Бёнгу Канг. 

Он пояснил: 

«Это исследование заложило основу для разработки литий-ионных аккумуляторов, которые могут обеспечить быструю зарядку и разрядку, высокую плотность энергии и длительную работу».