Дослідники з Корейського інституту науки та технологій (KAIST) у співпраці з компанією LG Energy Solution представили технологію, яка дозволяє акумуляторам електромобілів заряджатися в рекордно короткі строки — приблизно за 15 хвилин.
Про це розповідає ProIT
Переваги та інновації літій-металевих акумуляторів
Сучасні електрокари, попри вирішену проблему запасу ходу, досі обмежені тривалим часом зарядки. Зазвичай у більшості моделей застосовуються літій-іонні батареї, які хоча й безпечні, але вже досягли межі власної енергоємності. Новітні літій-металеві акумулятори мають анод із надтонкого шару чистого літію, що дає змогу значно підвищити щільність енергії та збільшити відстань, яку може подолати електромобіль без підзарядки.
Незважаючи на потенціал, ці акумулятори стикаються із серйозною проблемою — під час швидкої зарядки на аноді утворюються голчасті структури, відомі як дендрити. Вони можуть пошкодити внутрішню структуру батареї, призвести до короткого замикання, зниження ємності або навіть займання.
Технологічний прорив: як вдалось пришвидшити зарядку
Команда під керівництвом професора Хі-Так Кіма проаналізувала процес утворення дендритів і з’ясувала, що їх поява пов’язана із нерівномірною міжфазною когезією металевого літію, що виникає при інтенсивному струмі під час швидкої зарядки. Для дослідження науковці застосували кріогенну просвічувальну електронну мікроскопію та безпосередньо спостерігали утворення кристалічних областей розміром 5–8 нанометрів при швидкій зарядці.
Щоб запобігти формуванню дендритів, дослідники експериментували з різними електролітами. Найкращих результатів досягли з рідкими електролітами, які не формують сильних хімічних зв’язків із аніонами літію, що дозволило уникнути утворення дендритів навіть при високих швидкостях зарядки. У ході випробувань потужний акумулятор із таким електролітом заряджався від 5% до 70% лише за 12 хвилин, витримуючи понад 350 циклів заряджання-розряджання. Високоенергетична версія батареї з енергоємністю 386 Вт·год/кг досягла заряду від 10% до 80% за 17 хвилин і зберігала стабільність протягом 180 циклів.
“Це дослідження стало ключовою основою для подолання технічних проблем, пов’язаних із літій-металевими акумуляторами, завдяки розумінню структури міжфазного інтерфейсу. Воно подолало головну перешкоду на шляху впровадження літій-металевих акумуляторів для електромобілів”, — пояснює професор кафедри хімічної та біомолекулярної інженерії у KAIST Хі Так Кім.
Результати цієї роботи опубліковані у журналі Nature Energy. Нові розробки значно наближають масове впровадження швидкозарядних та довговічних акумуляторів у майбутніх електромобілях.
