Швидкий розвиток електромобілів та потужних електронних пристроїв спричинив зростання попиту на літій-іонні акумулятори з надшвидкою зарядкою. Тим не менш, сучасні літій-іонні акумулятори страждають від значного падіння потужності під час процесів швидкої зарядки та навіть можуть призвести до катастрофічних поломок, що створює ризики для безпеки. Це головним чином пов'язано з електрохімічною нестабільністю на межі розділу анод-електроліт, що призводить до шкідливого відкладення металу та літію на поверхні акумулятора та низької термостабільності.
В останні роки високовольтні анодні матеріали стали дуже перспективними альтернативами для запобігання надмірному осадженню літію та утворенню нестабільних шарів твердого електроліту (SEI). Незважаючи на ці переваги, сучасні матеріали все ще обмежені незадовільною іонною провідністю та термічною стабільністю, що послаблює вихідну потужність та довгострокову надійність.
Згідно з повідомленнями іноземних ЗМІ, для вирішення цих проблем дослідницька група під керівництвом доцента Донвука Хана з Сеульського національного університету науки і технологій розробила нестехіометричний (OS) літій-титан-фосфатний анодний матеріал зі структурою типу NASICON. Цей матеріал добре відомий своєю винятковою структурною та термічною стабільністю. Конструкція може викликати спонтанне фазове перетворення під поверхнею частинок активного матеріалу, щоб подолати кінетичні обмеження та досягти стабільної швидкої зарядки.
Відповідні результати дослідження були опубліковані в журналі Advanced Functional Materials.
Поверхнева модуляція для прискореного іонного транспорту
Фосфат літію та титану (LTP) має структуру типу натрій-суперіонного провідника (NASICON), яка вирізняється видатною структурною та термічною стабільністю, а також швидкими каналами дифузії літій-іонів. Щоб повністю реалізувати її потенціал, дослідники застосували нестехіометричну стратегію проектування та навмисно збільшили співвідношення фосфору (P) до титану (Ti). Такий дефіцитний титану склад генерує домени фосфату титану (TPO) поблизу поверхні частинок LTP.
Ці багаті на ТПО області діють як високоефективні кінетичні канали, знижуючи енергетичний бар'єр для транспортування літій-іонів через межу анода та електроліту та створюючи швидкі шляхи переносу іонів поблизу поверхонь частинок. Крім того, дуже гнучкі зв'язки P-O-P в межах ТПО-каркасу забезпечують структурну гнучкість для адаптації до змін об'єму під час циклів швидкого заряджання та захищають структуру типу NASICON від незворотних пошкоджень.
Надійна продуктивність за умов швидкої зарядки
Відповідно, у тестах на швидкість заряджання, життєво важливому показнику, який оцінює здатність до швидкого заряджання, композитний анод OS-LTP-carbon (OS-LTP/C) зберіг вражаючі 86% своєї початкової ємності за швидкості заряджання 10C, тоді як ємність чистого композитного анода LTP/C різко впала.
Цей матеріал також забезпечує чудову циклічну стабільність після понад 250 циклів. Повнорозмірні конфігурації елементів демонструють аналогічно високу швидкість роботи та широку сумісність з високовольтними катодами.
Ширший шлях до безпечніших акумуляторів
«Наш метод створює абсолютно нову парадигму для проектування акумуляторів зі швидкою зарядкою, і його можна широко застосовувати до багатьох майбутніх систем накопичення енергії, включаючи повністю твердотільні акумулятори», – зазначив Хан. «Ця стратегія проектування може зробити електромобілі більш практичними, скоротивши час заряджання, підвищивши безпеку та запропонувавши підтримку мереж відновлюваної енергії».
На завершення, ця нестехіометрична стратегія проектування вирішує одну з основних перешкод, з якими стикаються акумуляторні батареї, та пропонує перспективний підхід до комерційно готової технології надшвидкого заряджання та накопичення енергії.
Час публікації: 07 серпня 2026 р.