Скорость заряда аккумулятора удалось увеличить в 10 раз. Но как?

Ученые из Университета Твенте в Нидерландах создали экспериментальный литий-ионный элемент с электродом новой конструкции с «открытой и регулярной» кристаллической структурой, которая, по их словам, позволяет увеличить скорость заряда аккумулятора в 10 раз по сравнению с современными устройствами. Литий-ионные батареи, которыми питаются современные электромобили, смартфоны и бесчисленное множество устройств, имеют два электрода — катод и анод, и в этом новом исследовании основное внимание уделяется последнему.

 В настоящее время аноды изготавливаются из графита, который хорошо служит во многих отношениях, но не может выдерживать сверхбыструю зарядку без выхода из строя. Ученые ищут способы улучшения анодов в материалах с наноразмерными пористыми структурами, чтобы повысить скорость заряда аккумулятора. Аноды такой природы обещают большую площадь контакта с жидким электролитом, который переносит ионы лития, в то же время позволяя ионам легче диффундировать в материал твердого электрода, что в конечном итоге делает устройство, которое заряжается намного быстрее. Пока у предложенных материалов есть недостатки. Неорганизованный и случайный характер каналов в пористой наноструктуре может привести к разрушению этих структур во время зарядки, а также к снижению плотности и емкости батареи, а также может привести к накоплению лития на поверхности анода и ухудшению его характеристик с каждым циклом. Кроме того, производство этих материалов является сложным, включает использование агрессивных химикатов и приводит к образованию значительных химических отходов. Ученые из Университета Твенте считают, что они нашли подходящую альтернативу в материале под названием ниобат никеля. В отличие от нерегулярной природы предыдущих решений, ниобат никеля имеет «открытую и регулярную» кристаллическую структуру с идентичными повторяющимися каналами для переноса ионов. Исследователи интегрировали анод из ниобата никеля в полностью заряженный аккумулятор и проверили его производительность, обнаружив, что он обеспечивает скорость зарядки в 10 раз быстрее, чем современные литий-ионные батареи. Они также отмечают, что ниобат никеля более компактен, чем графит, и поэтому имеет более высокую объемную плотность энергии, что можно приравнять к более легким и компактным коммерческим версиям элемента. Ученые также сообщают, что новый анодный материал обладает высокой емкостью, около 244 мАч / г, и поскольку изменение объема внутри ниобата никеля минимально во время работы, 81% его емкости был сохранен в течение 20 000 циклов. Все это происходит без повреждения материала анода, в то время как процесс производства ниобата никеля также считается гораздо более простым, чем другие материалы, и не требует чистой комнаты для сборки. По словам исследователей, эти результаты демонстрируют огромный потенциал использования анода из ниобата никеля в практических аккумуляторных устройствах. Однако, чтобы внедрить такие аккумуляторы в нашу жизнь, потребуются дальнейшие исследования. Ранее мы рассказывали, как исследователям удалось сделать аккумуляторы не только дешевле, но и в три раза мощнее.