Международная исследовательская группа под руководством профессора Ши-Чжана Цяо из Университета Аделаиды (Австралия) совместно с коллегами из Имперского колледжа Лондона разработала инновационный метод поверхностной модификации электродов, способный радикально ускорить восполнение энергии в аккумуляторах без критического снижения их срока службы.
Изображение сгенерировано ChatGPT
Представленная технология позволяет заполнить аккумуляторную ячейку энергией до 85% всего за 6 минут, а показатель в 91,4% достигается примерно за 10 минут. При этом сохраняется высокая удельная энергоёмкость на уровне 240,4 Вт·ч/кг, что делает разработку крайне перспективной для электромобилей и современных систем хранения энергии.
Главные трудности на пути создания сверхбыстрой зарядки для емких литиевых и кремниевых батарей — критический перегрев, ускоренный износ и потеря емкости. Предыдущие попытки исправить ситуацию за счет изменения состава электролита по всему объему нередко ухудшали общую ионную проводимость. В новом исследовании ученые применили принципиально иной подход, сосредоточившись на точечном воздействии исключительно на поверхность анода.
В ходе химической модификации на аноде были созданы специальные активные каталитические центры. Они целенаправленно притягивают анионы к границе раздела фаз в процессе подзарядки, что обеспечивает оперативное формирование плотного и надежного неорганического защитного слоя (SEI), насыщенного фторидом лития.
Полученная пленка не только надежно стабилизирует поверхность электрода, но и образует разветвленную сеть микроканалов для ускоренного перемещения ионов лития. Благодаря этому аккумуляторная батарея без проблем справляется с экстремально высокими зарядными токами без повреждения внутренней структуры.
Во время лабораторных тестов новая методика продемонстрировала выдающиеся результаты: кулоновская эффективность модернизированного кремниевого анода составила 99,94%, а после 500 циклов интенсивной шестиминутной зарядки батареи сохранили порядка 76% изначальной емкости.
Разработчики акцентируют внимание на том, что их технология управляет реакциями строго на границе фаз, не нарушая базовую проводимость системы. На текущем этапе научный коллектив готовится к масштабированию метода и проведению испытаний в составе полноразмерных аккумуляторных модулей.
Если технология успешно пройдет все стадии практической проверки, процесс восполнения заряда электрокаров действительно сможет занимать столько же времени, сколько обычный визит на бензиновую заправку — и все это без катастрофического ущерба для ресурса батареи.
