Китай разрабатывает новый материал для литиевых аккумуляторов для более быстрой зарядки

Новый катодный материал, разработанный китайскими исследователями, может улучшить характеристики быстрой зарядки, долговечность и низкотемпературную работу литий-ионных аккумуляторов. Катод батареи играет ключевую роль в определении того, сколько энергии она может накапливать, как быстро она может заряжаться и разряжаться и как долго она может работать. Исследователи часто добавляют небольшие количества определенных элементов для улучшения этих свойств. Команда из Шеньянской национальной лаборатории материаловедения при Институте исследований металлов Академии наук Китая разработала новую стратегию отбора этих микроэлементов на основе их физических и химических свойств. Результаты исследования были опубликованы в четверг в международном журнале Nature Synthesis. Исследователи сосредоточились на двух задачах: обеспечить более быстрое перемещение ионов лития через катод, сохраняя при этом стабильность его структуры во время многократной зарядки и разрядки. Они обнаружили, что разные элементы могут выполнять разные функции. Некоторые из них способствуют перемещению ионов лития через материал, в то время как другие укрепляют его кристаллическую структуру. Первый эффект связан с плотностью ионного заряда элемента, которая влияет на то, насколько легко ионы лития могут перемещаться через материал. Элементы с меньшей плотностью заряда создают меньше препятствий для перемещения ионов лития. Второй фактор связан с прочностью связей металл-кислород. Элементы, которые образуют более прочные связи с кислородом, могут укрепить кристаллическую структуру катода, помогая ему выдерживать многократные подзарядки и разрядки. Основываясь на этих принципах, команда выбрала магний, кальций, титан и цирконий для создания катода с высоким содержанием никеля, не содержащего кобальта, содержащего около 1% каждого элемента. Испытания показали, что такое сочетание улучшает как перенос ионов лития, так и стабильность конструкции. Материал продемонстрировал быструю зарядку и разрядку, длительный срок службы и хорошие характеристики при низких температурах. Аккумулятор можно было зарядить почти на 80% за три минуты. После 350 циклов быстрой зарядки и разрядки в течение шести минут он сохранил 82,4% своей емкости. Батарея емкостью 5,74 Ач, изготовленная из этого материала, обеспечивает плотность энергии 278,6 ватт-часов на килограмм при температуре минус 20 градусов по Цельсию, что свидетельствует о высокой эффективности накопления энергии в холодных условиях....