Новата батерийна технология позволява зареждане на електрически автомобили до 90% само за 6 минути

ТЕМИ:
Батерийна технология, енергия, литиево-йонна, молекулярна физика, нанотехнологии, Университет за наука и технологии Pohang
От POHANG UNIVERSITY OF SCIENCE OF TECHNOLOGY (POSTECH) 28 ОКТОМВРИ 2020 г.

С Telsa начело пазарът на електрически превозни средства се разраства по целия свят. За разлика от конвенционалните автомобили, които използват двигатели с вътрешно горене, електрическите автомобили се задвижват единствено от литиево -йонни батерии, така че производителността на батерията определя цялостната производителност на автомобила. Въпреки това, бавното време на зареждане и слабата мощност все още са бариери, които трябва да бъдат преодолени. В светлината на това изследователският екип на POSTECH наскоро разработи по -бързо зареждане и по -дълготраен материал за батерии за електрически автомобили.

Изследователските екипи на професор Byoungwoo Kang и д-р Minkyung Kim от катедрата по материалознание и инженерство в POSTECH и професор Won-Sub Yoon в катедрата по енергийна наука в университета Sungkyunkwan заедно доказаха за първи път, че при зареждане и разреждане на Li материали от електрод -йонна батерия, висока мощност може да бъде произведена чрез значително намаляване на времето за зареждане и разреждане без намаляване на размера на частиците. Тези резултати от изследванията са публикувани в неотдавнашния брой на Energy & Environmental Science, водещо международно списание в областта на енергийните материали.

За бързо зареждане и разреждане на литиево-йонни батерии досега бяха използвани методи, които намаляват размера на частиците на електродните материали. Намаляването на размера на частиците обаче има недостатък при намаляване на обемната енергийна плътност на батериите.

За това изследователският екип потвърди, че ако по време на зареждането и разреждането се образува междинна фаза във фазовия преход [1], може да се генерира висока мощност без загуба на висока енергийна плътност или намаляване на размера на частиците чрез бързо зареждане и разреждане, което позволява разработване на дълготрайни литиево-йонни батерии.

В случай на материали за разделяне на фазите, които преминават процеса на създаване и отглеждане на нови фази по време на зареждане и разреждане, съществуват две фази с различни обеми в рамките на една частица, което води до много структурни дефекти в интерфейса на двете фази. Тези дефекти инхибират бързия растеж на нова фаза в частицата, възпрепятствайки бързото зареждане и разреждане.

Използвайки метода на синтез, разработен от изследователския екип, може да се предизвика междинна фаза, която действа като структурен буфер, който може драстично да намали промяната в обема между двете фази в частицата.

Освен това е потвърдено, че тази буферираща междинна фаза може да помогне за създаването и отглеждането на нова фаза в частицата, подобрявайки скоростта на вмъкване и отстраняване на литий в частицата. Това от своя страна доказва, че образуването на междинна фаза може драстично да увеличи скоростта на зареждане и разреждане на клетката чрез създаване на хомогенна електрохимична реакция в електрода, където са съставени многобройни частици. В резултат на това електродите на литиево-йонната батерия, синтезирани от изследователския екип, зареждат до 90% за шест минути и разреждат 54% за 18 секунди, обещаващ знак за разработване на мощни литиево-йонни батерии.

„Конвенционалният подход винаги е бил компромис между неговата ниска енергийна плътност и бързата скорост на зареждане и разреждане поради намаляването на размера на частиците“, отбелязва професор Byoungwoo Kang, съответният автор на статията. Той уточни: „Това изследване постави основата за разработване на литиево-йонни батерии, които могат да постигнат бърза скорост на зареждане и разреждане, висока енергийна плътност и продължителна работа.“

Изследването е проведено с подкрепата на Програмата за средни кариери и Програмата за развитие на радиационните технологии на Националната изследователска фондация на Корея.

Фазов преход
Процес, при който литий се вкарва и изтласква по време на зареждане и разреждане и съществуващата фаза на веществото се променя в нова фаза.

Справка: „Изключително бърза кинетика във фаза, разделяща електродния материал чрез образуване на междинна фаза без намаляване на размера на частиците“ от Minkyung Kim, Mihee Jeong, Won-Sub Yoon и Byoungwoo Kang, 17 септември 2020 г., Energy & Environmental Science.
DOI: 10.1039/D0EE02518F