Бързото развитие на електрическите превозни средства и мощните електронни устройства стимулира нарастващото търсене на ултрабързо зареждащи се литиево-йонни батерии. Въпреки това, настоящите литиево-йонни акумулаторни батерии страдат от сериозен спад на мощността по време на процесите на бързо зареждане и дори могат да доведат до катастрофални повреди, което повишава рисковете за безопасността. Това произтича главно от електрохимична нестабилност на границата анод-електролит, което води до вредно отлагане на метал и литий върху повърхността на батерията и лоша термична стабилност.
През последните години, високоволтовите анодни материали се превърнаха в силно обещаващи алтернативи за инхибиране на прекомерното отлагане на литий и образуването на нестабилни слоеве от твърд електролитни интерфази (SEI). Въпреки тези предимства, съвременните материали все още са ограничени от незадоволителна йонна проводимост и термична стабилност, което отслабва мощността и дългосрочната надеждност.
Според съобщения в чуждестранни медии, за да разреши тези проблеми, изследователски екип, ръководен от доцент Донгвук Хан от Сеулския национален университет за наука и технологии, е разработил нестехиометричен (OS) литиево-титаниев фосфатен аноден материал със структура тип NASICON. Този материал е добре известен с изключителната си структурна и термична стабилност. Дизайнът може да индуцира спонтанна фазова трансформация под повърхността на частиците от активния материал, за да преодолее кинетичните ограничения и да постигне стабилна производителност при бързо зареждане.
Съответни резултати от изследванията са публикувани в списанието Advanced Functional Materials.
Повърхностна модулация за ускорен йонен транспорт
Литиево-титановият фосфат (LTP) притежава структура от типа натриев-суперйонен проводник (NASICON), която се отличава с изключителна структурна и термична стабилност, както и с бързи литиево-йонни дифузионни канали. За да се възползват от пълния му потенциал, изследователите са възприели нестехиометрична стратегия за проектиране и умишлено са увеличили съотношението на фосфор (P) към титан (Ti). Такъв състав с дефицит на титан генерира домейни на титанов фосфат (TPO) близо до повърхността на LTP частиците.
Тези богати на TPO области действат като високоефективни кинетични канали, понижавайки енергийната бариера за транспорт на литиеви йони през интерфейса анод-електролит и изграждайки бързи пътища за йонен трансфер близо до повърхностите на частиците. Освен това, високогъвкавите P-O-P връзки в TPO рамката осигуряват структурна гъвкавост за адаптиране към промените в обема по време на цикли на бързо зареждане и предпазват структурата тип NASICON от необратими повреди.
Стабилна производителност при бързо зареждане
Съответно, при тестовете за скорост на зареждане, жизненоважният индикатор, който оценява капацитета за бързо зареждане, композитният анод OS‑LTP‑carbon (OS‑LTP/C) запази забележителните 86% от първоначалния си капацитет при скорост на зареждане от 10C, докато капацитетът на оригиналния композитен анод LTP/C спадна драстично.
Този материал също така осигурява отлична циклична стабилност след над 250 цикъла. Конфигурациите с пълна клетка показват подобно отлична производителност на скоростта и широка съвместимост с високоволтови катоди.
По-широк път към по-безопасни батерии
„Нашият метод създава съвсем нова парадигма за проектиране на бързозареждащи се батерии и може да бъде широко приложен в множество бъдещи системи за съхранение на енергия, включително изцяло твърдотелни батерии“, посочи Хан. „Тази дизайнерска стратегия може да направи електрическите превозни средства по-практични, като съкрати времето за зареждане, подобри безопасността и предложи подкрепа за енергийните мрежи за възобновяема енергия.“
В заключение, тази нестехиометрична стратегия за проектиране разглежда една от основните пречки, пред които са изправени презареждаемите батерии, и предлага обещаващ подход за технологията за съхранение на енергия с ултрабързо зареждане, готова за търговска употреба.
Време на публикуване: 07 август 2026 г.