В последние годы инженеры и ученые-материаловеды пытались создать все более совершенные технологии аккумуляторов, которые заряжаются быстрее, служат дольше и могут хранить больше энергии. Эти батареи в конечном итоге сыграют решающую роль в развитии электроники и энергетического сектора, обеспечивая питанием широкий спектр портативных устройств на рынке, а также электромобили.
Литий-ионные батареи (LiB) в настоящее время являются наиболее распространенными батареями в мире и питают большую часть электроники, которую мы используем каждый день. Таким образом, определение масштабируемых методов увеличения скорости зарядки этих батарей является одной из основных целей в области энергетики, поскольку это не потребует перехода на совершенно новые составы батарей.
Исследователи из Технологического университета Хуачжун в Китае недавно представили новую стратегию разработки быстрозаряжающихся LiB, содержащих материал на основе графита. Было обнаружено , что предложенная ими конструкция батареи, изложенная в статье, опубликованной в журнале Nature Energy, успешно ускоряет время зарядки LiB, а также позволяет им сохранять большую часть своей емкости даже после того, как они заряжаются тысячи раз.
«Десольватация Li + в электролитах и диффузия на границе твердого тела и электролита (SEI) являются двумя определяющими шагами, которые ограничивают быструю зарядку литий-ионных батарей на основе графита» , — написали Шуйбин Ту, Бао Чжан и их коллеги в своей статье.
«Мы показываем, что сольватная структура Li + с низкой координацией растворителя может быть индуцирована вблизи внутренней плоскости Гельмгольца на неорганических частицах. В частности, Li 3 P может обеспечить более низкий барьер десольватации Li + и более быструю диффузионную способность Li + через SEI по сравнению с к обычным компонентам SEI».
По сути, исследователи провели серию тестов, чтобы оценить, как различные компоненты интерфейса твердого электролита (SEI) влияют на так называемую сольватную структуру Li + , что, в свою очередь, может сократить время, необходимое для зарядки аккумулятора. В конечном итоге они определили комбинацию материалов, которая могла бы повысить эффективность так называемого процесса десольватации Li + , обеспечивая быструю миграцию ионов Li + через SEI.
Затем команда нашла многообещающий анод на основе материала, получившего название PS-графит, который состоит из ультратонкого слоя фосфора поверх поверхности графита. Они изготовили эти аноды и интегрировали их в элементы LiB, чтобы затем экспериментально оценить их характеристики.
«Мы создаем ультратонкий слой фосфора с S-мостиком на поверхности графита, который in situ превращается в кристаллический SEI на основе Li 3 P с высокой ионной проводимостью», — пишут Ту, Чжан и их коллеги. «Наши аккумуляторы с таким графитовым анодом демонстрируют зарядку в течение 10 и 6 минут (6C и 10C) на 91,2% и 80% емкости соответственно, а также сохранение емкости на уровне 82,9% в течение более 2000 циклов при скорости зарядки 6C. »
В целом, в статье Ту, Чжана и их коллег подчеркивается ключевая роль компонентов SEI и структурных соображений во влиянии на скорость зарядки LiB-ячеек. В будущем предложенный ими подход и многообещающие экспериментальные результаты могут способствовать разработке все более быстро заряжающихся и надежных LiB, которые могут помочь удовлетворить насущные потребности электронной промышленности.
«Наша работа подчеркивает важность межфазной химии для сольватной структуры Li + и формирования SEI и может служить руководством для разработки эффективных SEI-компонентов для быстро заряжающихся LiB», — заключают исследователи в своей статье.
Теги: батарея
