Южнокорейские учёные разработали новую технологию для аккумуляторов, которая позволяет значительно ускорить зарядку и повысить долговечность батарей. Эта разработка может стать важным шагом в создании электромобилей с большим запасом хода и минимальным временем зарядки.
Исследователи Корейского передового института науки и технологий (KAIST) представили инновационный сепаратор из жидкокристаллического полимера. В ходе испытаний литий-металлический аккумулятор с таким компонентом сохранил 94% первоначальной ёмкости после 100 циклов заряда и разряда со скоростью 4C. Такой режим теоретически позволяет полностью зарядить батарею всего за 15 минут.
Кроме того, новый сепаратор примерно в 2,5 раза сократил извилистость путей транспортировки ионов лития, благодаря чему они могут двигаться быстрее и более равномерно. Это не только повышает скорость зарядки, но и помогает предотвратить образование опасных структур внутри аккумулятора.
Добавьте GSMinfo в источники в Google News Чтобы видеть наши публикации в своей ленте новостейУчёные создали своеобразную магистраль для ионов лития
Исследование проводила команда под руководством профессоров кафедры химии KAIST Донг Ки Юна и Хе Рён Бён. Учёные объясняют, что литий-металлические батареи способны накапливать больше энергии, чем традиционные аккумуляторы. Однако их широкому применению мешает проблема образования дендритов во время зарядки.
Дендриты — это микроскопические игольчатые металлические кристаллы, которые образуются на поверхности анода. Со временем они могут повредить сепаратор, разделяющий электроды, вызвать короткое замыкание и повысить риск возгорания. Именно поэтому контроль движения ионов лития является одной из ключевых задач при разработке аккумуляторов нового поколения.
Чтобы решить эту проблему, корейские исследователи создали пористый сепаратор из жидкокристаллических полимеров. Такие материалы обладают упорядоченной структурой, характерной для твердых тел, но при этом сохраняют некоторые свойства жидкостей. В состав нового материала учёные также добавили цепи полиэтиленгликоля (PEG), которые облегчают перемещение ионов лития.
После этого команда проверила, как ориентация молекул влияет на скорость движения ионов. Для эксперимента исследователи создали два варианта сепаратора — с вертикальным и горизонтальным расположением жидкокристаллических структур.
Оказалось, что вертикальная ориентация формирует более прямые каналы, по которым ионы лития могут перемещаться к электродам. По сравнению с горизонтальным расположением молекул извилистость этих путей уменьшилась примерно в 2,5 раза. Благодаря этому ионы двигались быстрее и равномернее, а образование опасных дендритов подавлялось.
Зарядка за 15 минут и перспективы для электромобилей
После лабораторных исследований ученые испытали новый сепаратор в рабочем литий-металлическом аккумуляторе. Результаты оказались многообещающими: после 100 циклов заряда и разряда со скоростью 4C батарея сохранила 94% первоначальной ёмкости.
Показатель 4C означает, что в идеальных условиях аккумулятор может полностью зарядиться примерно за 15 минут. В то же время результаты получены в экспериментальной ячейке, поэтому пока речь не идет о готовой автомобильной батарее, которую можно установить в серийный электромобиль.
По словам исследователей, правильное расположение молекул в сепараторе может одновременно обеспечить более быструю зарядку, более длительный срок службы аккумуляторов и повышение безопасности их эксплуатации. Особое внимание ученые уделяют возможности применения этой технологии в батареях с высокой плотностью энергии.
Профессор Донг Ки Юн подчеркнул, что ориентация молекул играет важную роль в характеристиках аккумуляторов. По его мнению, предложенный подход может способствовать созданию нового поколения батарей, для которых критически важны большой запас хода и быстрая зарядка.
В перспективе эта технология может помочь производителям электромобилей создавать аккумуляторы, которые будут накапливать больше энергии и заряжаться значительно быстрее. Однако перед коммерческим применением исследователям ещё предстоит проверить эффективность нового сепаратора в крупных аккумуляторных элементах и полноценных аккумуляторных блоках.
