Благодаря лидерству компании Telsa, рынок электромобилей растет по всему миру. В отличие от обычных автомобилей, использующих двигатели внутреннего сгорания, электромобили питаются исключительно от литий-ионных батарей, поэтому производительность батарей определяет общую производительность автомобиля.
Тем не менее, длительная зарядка и низкое энергопотребление все еще являются препятствиями, которые необходимо преодолеть. В связи с этим исследовательская группа POSTECH недавно разработала более быструю зарядку и более долговечные аккумуляторные батареи для электромобилей.
Как увеличить скорость зарядки батареи
Команды исследователей в составе профессора Byoungwoo Kang и доктора Minkyung Kim с кафедры материаловедения и инженерии POSTECH и профессора Won-Sub Yoon с кафедры энергетики Sungkyunkwan University впервые доказали, что при зарядке и разрядке материалов литий-ионных аккумуляторных электродов высокая мощность может быть получена за счет значительного сокращения времени зарядки и разрядки без уменьшения размера частиц. Эти результаты исследований были опубликованы в недавнем выпуске журнала Energy & Environmental Science, ведущего международного журнала в области энергетических материалов.
Для быстрой зарядки и разрядки литий-ионных батарей до сих пор использовались методы, уменьшающие размер частиц материалов электродов. Однако, уменьшение размера частиц имеет недостаток, заключающийся в уменьшении объемной энергетической плотности батарей.
В связи с этим группа исследователей подтвердила, что если во время зарядки и разрядки образуется промежуточная фаза фазового перехода, то высокая мощность может быть получена без потери высокой плотности энергии или уменьшения размера частиц за счет быстрой зарядки и разрядки, что позволяет разрабатывать долговечные литий-ионные батареи.
В случае фазового разделения материалов, которые во время зарядки и разрядки подвергаются процессу создания и выращивания новых фаз, в пределах одной частицы существуют две фазы с разными объемами, что приводит к многочисленным структурным дефектам на границе раздела двух фаз. Эти дефекты препятствуют быстрому росту новой фазы внутри частицы, мешая быстрой загрузке и выгрузке.
Используя метод синтеза, разработанный группой исследователей, можно вызвать промежуточную фазу, которая действует как структурный буфер, способный резко уменьшить изменение объема между двумя фазами в частице.
Кроме того, было подтверждено, что эта промежуточная фаза буферизации может способствовать созданию и росту новой фазы внутри частицы, улучшая скорость введения и удаления лития в частице. Это, в свою очередь, доказало, что формирование промежуточной фазы может резко увеличить скорость зарядки и разрядки ячейки, создавая однородную электрохимическую реакцию в электроде, из которого состоят многочисленные частицы. В результате синтезированные группой исследователей литий-ионные аккумуляторные электроды заряжаются до 90% за шесть минут и разряжаются на 54% за 18 секунд, что является многообещающим признаком для разработки мощных литий-ионных аккумуляторов.
«Традиционный подход всегда был компромиссом между низкой плотностью энергии и быстрой скоростью заряда и разряда за счет уменьшения размера частиц», — отметил профессор Byoungwoo Kang, автор статьи. Он разработал: «Это исследование заложило основу для разработки литий-ионных батарей, способных обеспечить быструю зарядку и разрядку, высокую плотность энергии и длительную работоспособность». опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet