Быстрее, чем кофе: литий-ионные аккумуляторы нового поколения

В последние годы инженеры и ученые-материаловеды стремятся создать более продвинутые технологии батарей, которые заряжаются быстрее, служат дольше и могут хранить больше энергии. Эти аккумуляторы играют ключевую роль в развитии электроники и энергетики, питая широкий спектр портативных устройств и электромобилей.

Сегодня наиболее распространенными в мире являются литий-ионные аккумуляторы (LiBs), которые используются в большинстве наших ежедневных электронных устройств. Один из главных приоритетов в области энергетики - найти способы ускорить их зарядку без необходимости перехода на совершенно новые составы батарей.

Исследователи из Университета Хуажунга в Китае представили новую стратегию разработки быстрозаряжаемых LiBs, содержащих графитовый материал. Их дизайн батареи позволил ускорить время зарядки аккумуляторов, сохраняя при этом большую часть их емкости даже после тысяч циклов зарядки.

"Процессы десольватации Li+ в электролитах и диффузии на границе твердое вещество-электролит являются ключевыми этапами, ограничивающими быструю зарядку графитовых литий-ионных батарей," - пишут в своей статье Шуйбин Ту, Бао Чжан и их коллеги.

Исследовательская группа провела серию тщательных экспериментов, целью которых было выяснить, каким образом разнообразные компоненты интерфейса твердого электролита (solid electrolyte interface, SEI) воздействуют на процесс растворения ионов лития (Li+). В конечном итоге, они определили комбинацию материалов, которая может улучшить эффективность процесса десольватации Li+, обеспечивая быструю миграцию ионов Li+ через SEI.

Команда идентифицировала перспективный анод на основе материала, названного P-S графитом, который состоит из ультратонкого слоя фосфора на поверхности графита. Эти аноды были изготовлены и интегрированы в элементы LiB для экспериментальной оценки их производительности.

"Мы создали ультратонкий слой фосфора, соединенный с серой на графитовой поверхности, который in situ превращается в кристаллический SEI на основе Li3P с высокой ионной проводимостью," - пишут Ту, Чжан и их коллеги. "Наши элементы с таким графитовым анодом показывают зарядку за 10 и 6 минут (при 6C и 10C) до 91.2% и 80% емкости соответственно, а также сохранение 82.9% емкости после более чем 2000 циклов зарядки с скоростью 6C."

Статья Ту, Чжана и их коллег подчеркивает ключевую роль компонентов SEI в определении скорости зарядки элементов LiB. В будущем их предложенный подход и обнадеживающие экспериментальные результаты могут способствовать разработке все более быстрозаряжаемых и долговечных LiBs, что поможет удовлетворить нарастающие потребности электронной промышленности.

"Наша работа подчеркивает важность межфазной химии для структуры растворения Li+ и формирования SEI и может служить руководством для проектирования эффективных компонентов SEI для быстрозаряжаемых LiBs," - заключают исследователи в своей статье.