Elektromobiļu un lieljaudas elektronisko ierīču straujā attīstība ir veicinājusi pieaugošo pieprasījumu pēc īpaši ātri uzlādējamiem litija jonu akumulatoriem. Tomēr pašreizējie litija jonu uzlādējamie akumulatori ātrās uzlādes procesos ievērojami samazina jaudu un var pat izraisīt katastrofālas kļūmes, kas rada drošības riskus. Tas galvenokārt rodas elektroķīmiskās nestabilitātes dēļ anoda un elektrolīta saskarnē, izraisot kaitīgu metāliska litija nogulsnēšanos uz akumulatora virsmas un sliktu termisko stabilitāti.
Pēdējos gados augstsprieguma anoda materiāli ir kļuvuši par ļoti daudzsološām alternatīvām pārmērīgas litija nogulsnēšanās un nestabilu cietvielu elektrolītu starpfāžu (SEI) slāņu veidošanās kavēšanai. Neskatoties uz šīm stiprajām pusēm, modernākajiem materiāliem joprojām ir neapmierinoša jonu vadītspēja un termiskā stabilitāte, kas vājina jaudas izvadi un ilgtermiņa uzticamību.
Saskaņā ar ārvalstu plašsaziņas līdzekļu ziņojumiem, lai atrisinātu šīs problēmas, Seulas Nacionālās zinātnes un tehnoloģiju universitātes asociētā profesora Dunvuka Hana vadītā pētnieku komanda ir izstrādājusi nestehiometrisku (OS) litija titāna fosfāta anoda materiālu ar NASICON tipa struktūru. Šis materiāls ir labi pazīstams ar savu izcilo strukturālo un termisko stabilitāti. Šī konstrukcija var izraisīt spontānu fāžu transformāciju zem aktīvā materiāla daļiņu virsmas, lai pārvarētu kinētiskos ierobežojumus un panāktu stabilu ātrās uzlādes veiktspēju.
Attiecīgie pētījumu rezultāti ir publicēti žurnālā "Advanced Functional Materials".
Virsmas modulācija paātrinātai jonu pārnešanai
Litija titāna fosfātam (LTP) ir nātrija superjonu vadītāja (NASICON) tipa struktūra, kas lepojas ar izcilu strukturālo un termisko stabilitāti, kā arī ātriem litija jonu difūzijas kanāliem. Lai pilnībā izmantotu tā potenciālu, pētnieki pieņēma nestehiometrisku projektēšanas stratēģiju un apzināti palielināja fosfora (P) un titāna (Ti) attiecību. Šāds titāna deficīts sastāvs rada titāna fosfāta (TPO) domēnus tuvu LTP daļiņu virsmai.
Šie TPO bagātie reģioni darbojas kā augstas efektivitātes kinētiskie kanāli, pazeminot enerģijas barjeru litija jonu transportēšanai pāri anoda-elektrolīta saskarnei un veidojot ātrus jonu pārneses ceļus daļiņu virsmu tuvumā. Turklāt ļoti elastīgās P-O-P saites TPO ietvarā nodrošina strukturālu elastību, lai pielāgotos tilpuma izmaiņām ātras uzlādes ciklu laikā un aizsargātu NASICON tipa struktūru pret neatgriezeniskiem bojājumiem.
Stabila veiktspēja ātras uzlādes apstākļos
Attiecīgi ātruma pārbaudes laikā, kas ir svarīgs rādītājs ātrās uzlādes jaudas novērtēšanai, OS-LTP-oglekļa (OS-LTP/C) kompozītmateriāla anods saglabāja ievērojamus 86% no savas sākotnējās jaudas pie 10C uzlādes ātruma, savukārt neskartā LTP/C kompozītmateriāla anoda jauda krasi samazinājās.
Šis materiāls nodrošina arī izcilu ciklisko stabilitāti pēc vairāk nekā 250 cikliem. Pilnšūnu konfigurācijas uzrāda līdzīgi lielisku ātruma veiktspēju un plašu saderību ar augstsprieguma katodiem.
Plašāks ceļš uz drošākām baterijām
“Mūsu metode rada pavisam jaunu paradigmu ātras uzlādes akumulatoru projektēšanā, un to var plaši pielietot vairākās nākotnes enerģijas uzkrāšanas sistēmās, tostarp pilnībā cietvielu akumulatoros,” norādīja Hans. “Šī dizaina stratēģija var padarīt elektriskos transportlīdzekļus praktiskākus, saīsinot uzlādes laiku, uzlabojot drošību un piedāvājot atbalstu atjaunojamās enerģijas tīkliem.”
Noslēgumā jāsaka, ka šī nestehiometriskā dizaina stratēģija risina vienu no galvenajiem šķēršļiem, ar ko saskaras uzlādējamās baterijas, un piedāvā daudzsološu pieeju komerciāli gatavai īpaši ātras uzlādes enerģijas uzkrāšanas tehnoloģijai.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 7. augusts