Электр унааларынын жана жогорку кубаттуулуктагы электрондук түзүлүштөрдүн тездик менен өнүгүшү өтө тез заряддалуучу литий-иондук батареяларга болгон суроо-талаптын өсүшүнө алып келди. Ошого карабастан, азыркы литий-иондук кайра заряддалуучу батареялар тез заряддоо процессинде кубаттуулуктун кескин төмөндөшүнөн жабыркайт жана ал тургай катастрофалык бузулууларга алып келиши мүмкүн, бул коопсуздук коркунучтарын жаратат. Бул негизинен анод-электролит интерфейсиндеги электрохимиялык туруксуздуктан келип чыгат, бул батареянын бетинде зыяндуу металл-литий чөкмөсүн жана начар жылуулук туруктуулугун пайда кылат.
Акыркы жылдары жогорку чыңалуудагы аноддук материалдар литийдин ашыкча чөгүшүн жана туруксуз катуу электролит интерфаза (SEI) катмарларынын пайда болушун токтотуу үчүн абдан келечектүү альтернатива болуп калды. Бул күчтүү жактарына карабастан, заманбап материалдар дагы эле канааттандырарлык эмес иондук өткөрүмдүүлүк жана жылуулук туруктуулугу менен чектелип келет, бул кубаттуулукту жана узак мөөнөттүү ишенимдүүлүктү алсыратат.
Чет элдик маалымат каражаттарынын билдирүүлөрүнө ылайык, бул көйгөйлөрдү чечүү үчүн Сеул улуттук илим жана технология университетинин доценти Донгвук Хан жетектеген изилдөө тобу NASICON тибиндеги түзүлүшкө ээ болгон стехиометриялык эмес (OS) литий титан фосфат аноддук материалын иштеп чыгышты. Бул материал өзгөчө структуралык жана жылуулук туруктуулугу менен белгилүү. Бул конструкция кинетикалык чектөөлөрдү бузуп, туруктуу тез заряддоо көрсөткүчүнө жетүү үчүн активдүү материалдын бөлүкчөлөрүнүн бетинин астында өзүнөн-өзү фазалык трансформацияны пайда кыла алат.
Тиешелүү изилдөө жыйынтыктары Advanced Functional Materials журналында жарыяланган.
Ылдамдатылган иондук ташуу үчүн беттик модуляция
Литий титан фосфаты (LTP) натрий-супериондук өткөргүч (NASICON) тибиндеги түзүлүшкө ээ, ал структуралык жана жылуулук туруктуулугуна, ошондой эле тез литий-иондук диффузия каналдарына ээ. Анын толук масштабдуу потенциалын пайдалануу үчүн изилдөөчүлөр стехиометриялык эмес дизайн стратегиясын кабыл алып, фосфордун (P) титанга (Ti) болгон катышын атайылап жогорулатышкан. Мындай титан жетишсиз курам LTP бөлүкчөлөрүнүн бетине жакын титан фосфатынын (TPO) домендерин пайда кылат.
Бул TPOго бай аймактар жогорку натыйжалуу кинетикалык каналдар катары иштейт, анод-электролит интерфейси аркылуу литий-иондорун ташуу үчүн энергия тоскоолдуктарын төмөндөтөт жана бөлүкчөлөрдүн бетине жакын жерде тез ион өткөрүү жолдорун курат. Мындан тышкары, TPO алкагындагы өтө ийкемдүү P-O-P байланыштары тез заряддоо циклдеринде көлөмдүн өзгөрүшүнө ыңгайлашуу үчүн структуралык ийкемдүүлүктү камсыз кылат жана NASICON тибиндеги структураны кайтарылгыс зыяндан коргойт.
Тез кубаттоо шарттарында бекем иштөө
Ошого ылайык, ылдамдыкты баалоочу маанилүү көрсөткүч болгон ылдамдыкты сыноодо OS-LTP-көмүртек (OS-LTP/C) композиттик аноду 10C кубаттоо ылдамдыгында баштапкы кубаттуулугунун 86% ын сактап калган, ал эми баштапкы LTP/C композиттик анодунун кубаттуулугу кескин төмөндөгөн.
Бул материал 250дөн ашык циклден кийин эң сонун циклдик туруктуулукту камсыз кылат. Толук клеткалуу конфигурациялар да ушундай эле жогорку ылдамдыктагы иштөөнү жана жогорку чыңалуудагы катоддор менен кеңири шайкештикти көрсөтөт.
Коопсуз батареяларга карай кеңири жол
«Биздин ыкма тез кубаттоочу батареяларды долбоорлоо үчүн таптакыр жаңы парадигманы түзөт жана аны толугу менен катуу абалдагы батареяларды кошо алганда, келечектеги бир нече энергия сактоочу системаларга кеңири колдонсо болот», - деп белгиледи Хан. «Бул долбоорлоо стратегиясы кубаттоо убактысын кыскартуу, коопсуздукту жакшыртуу жана кайра жаралуучу энергия булактарын колдоо менен электр унааларын практикалык кыла алат».
Жыйынтыктап айтканда, бул стехиометриялык эмес дизайн стратегиясы кайра заряддалуучу батареялар туш болгон негизги тоскоолдуктардын бирин чечет жана коммерциялык жактан колдонууга даяр өтө тез кубаттоочу энергия сактоо технологиясы үчүн келечектүү ыкманы сунуштайт.
Жарыяланган убактысы: 2026-жылдын 7-августу