Elektriautode ja suure võimsusega elektroonikaseadmete kiire areng on suurendanud nõudlust ülikiiresti laetavate liitiumioonakude järele. Sellest hoolimata kannatavad praegused laetavad liitiumioonakud kiirlaadimise ajal tugeva võimsuse languse all ja võivad isegi põhjustada katastroofilisi rikkeid, mis suurendavad ohutusriske. See tuleneb peamiselt anoodi ja elektrolüüdi liidese elektrokeemilisest ebastabiilsusest, mis põhjustab aku pinnale kahjulikku metallilise liitiumi ladestumist ja halba termilist stabiilsust.
Viimastel aastatel on kõrgepinge anoodimaterjalidest saanud väga paljutõotavad alternatiivid liitiumi liigse sadestumise ja ebastabiilsete tahkete elektrolüütide vahekihtide (SEI) moodustumise pärssimiseks. Vaatamata neile tugevustele on tipptasemel materjalidel endiselt piirangud ebarahuldava ioonjuhtivuse ja termilise stabiilsuse tõttu, mis nõrgendavad võimsust ja pikaajalist töökindlust.
Välismeedia teatel on Souli Riikliku Teadus- ja Tehnoloogiaülikooli dotsent Dongwook Hani juhitud uurimisrühm nende probleemide lahendamiseks välja töötanud NASICON-tüüpi struktuuriga mittestöhhiomeetrilise (OS) liitiumtitaanfosfaatanoodi materjali. See materjal on tuntud oma erakordse struktuurilise ja termilise stabiilsuse poolest. See disain suudab esile kutsuda aktiivse materjali osakeste pinna all spontaanse faasimuundumise, et murda läbi kineetiliste piirangute ja saavutada stabiilne kiire laadimise jõudlus.
Asjakohased uurimistulemused on avaldatud ajakirjas Advanced Functional Materials.
Kiirendatud ioonide transpordi pinnamodulatsioon
Liitiumtitaanfosfaadil (LTP) on naatrium-superioonjuhtme (NASICON) tüüpi struktuur, millel on silmapaistev struktuuriline ja termiline stabiilsus ning kiired liitiumioonide difusioonikanalid. Selle täieliku potentsiaali ärakasutamiseks võtsid teadlased kasutusele mittestöhhiomeetrilise disainistrateegia ja suurendasid teadlikult fosfori (P) ja titaani (Ti) suhet. Selline titaanivaene koostis tekitab titaanfosfaadi (TPO) domeene LTP osakeste pinna lähedal.
Need TPO-rikkad piirkonnad toimivad suure efektiivsusega kineetiliste kanalitena, alandades liitiumioonide transpordi energiabarjääri anoodi ja elektrolüüdi liidese kaudu ning luues osakeste pindade lähedale kiireid ioonide ülekandeteid. Lisaks pakuvad TPO raamistiku väga painduvad P-O-P sidemed struktuurilist paindlikkust, et kohaneda mahu muutustega kiirete laadimistsüklite ajal ja kaitsta NASICON-tüüpi struktuuri pöördumatute kahjustuste eest.
Vastupidav jõudlus kiire laadimise tingimustes
Seega säilitas kiirusvõime testides OS-LTP-süsinikust (OS-LTP/C) komposiitanood, mis on kiire laadimisvõime hindamise oluline näitaja, 10C laadimiskiiruse juures märkimisväärselt 86% oma esialgsest mahtuvusest, samas kui puutumata LTP/C komposiitanoodi mahtuvus langes drastiliselt.
See materjal pakub ka suurepärast tsüklilist stabiilsust pärast enam kui 250 tsüklit. Täiselemendilised konfiguratsioonid näitavad sama head kiirust ja laiaulatuslikku ühilduvust kõrgepinge katoodidega.
Laiem tee ohutumate akude poole
„Meie meetod loob täiesti uue paradigma kiirlaadivate akude disainimiseks ja seda saab laialdaselt rakendada mitmetes tulevastes energiasalvestussüsteemides, sealhulgas täistahkisakudes,“ tõi Han välja. „See disainistrateegia võib muuta elektriautod praktilisemaks, lühendades laadimisaega, parandades ohutust ja pakkudes tuge taastuvenergiavõrkudele.“
Kokkuvõtteks võib öelda, et see mittestöhhiomeetriline disainistrateegia käsitleb ühte peamist laetavate akude ees seisvat takistust ja pakub paljulubavat lähenemisviisi kaubanduslikuks kasutamiseks valmis ülikiirelt laadiva energiasalvestustehnoloogia jaoks.
Postituse aeg: 07.08.2026