Спрос на литий‑ионные батареи со сверхбыстрой зарядкой растет из‑за развития электромобилей и мощной электроники. Но при быстрой зарядке такие аккумуляторы теряют мощность и могут стать небезопасными: на границе анода и электролита появляется металлический литий, а сама батарея плохо переносит нагрев.
Ученые ищут более надежные материалы для анодов. Хорошим вариантом считаются высоковольтные анодные материалы, которые мешают лишнему литию оседать на поверхности. Но и у них есть минусы: они недостаточно хорошо проводят ионы и не всегда выдерживают нагрев, из‑за чего батарея хуже отдает энергию и быстрее изнашивается.
Группа исследователей под руководством Донвука Хана из Сеульского национального университета науки и технологий создала особый анод на основе литий‑титанового фосфата со структурой NASICON, которая дает материалу прочность и помогает ионам лития быстрее двигаться внутри батареи. Чтобы улучшить свойства материала, ученые специально изменили пропорции элементов: увеличили долю фосфора относительно титана. Из‑за этого рядом с поверхностью частиц появились особые участки — домены фосфата титана.
Эти участки работают как ускорители для ионов лития и снижают сопротивление на границе анода и электролита, создают быстрые пути для движения ионов. Кроме того, особая связь внутри этих участков делает структуру более гибкой — она лучше выдерживает изменения объема при зарядке и не разрушается.
В тестах новый анод показал хорошие результаты: при очень быстрой зарядке он сохранил 86% своей емкости, тогда как обычный материал сильно терял мощность. Батарея также хорошо проработала больше 250 циклов зарядки и оказалась совместимой с разными типами катодов.
По словам ученых, такой подход может стать основой для новых батарей, в том числе полностью твердотельных. Это поможет быстрее заряжать электромобили, сделать батареи безопаснее и эффективнее использовать возобновляемую энергию.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые нашли причину быстрого износа батарей в электромобилях.