Pramonės naujienos

Nauja baterijų technologija leidžia įkrauti elektromobilius iki 90% vos per 6 minutes

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, energija, ličio jonai, molekulinė fizika, nanotechnologijos, Pohango mokslo ir technologijų universitetas
POHANG MOKSLO IR TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS (POSTECH) 2020 m. Spalio 28 d.



„Telsa“ pirmauja, elektromobilių rinka auga visame pasaulyje. Skirtingai nuo įprastų automobilių, kuriuose naudojami vidaus degimo varikliai, elektromobiliai maitinami tik ličio jonų baterijomis, todėl akumuliatoriaus veikimas lemia bendrą automobilio veikimą. Tačiau lėtas įkrovimo laikas ir silpna galia vis dar yra kliūtys, kurias reikia įveikti. Atsižvelgiant į tai, POSTECH tyrimų grupė neseniai sukūrė greitesnį įkrovimą ir ilgiau tarnaujančią elektromobilių baterijų medžiagą.

POSTECH Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedros profesoriaus Byoungwoo Kang ir daktaro Minkyungo Kim bei Sungkyunkwan universiteto Energetikos mokslų katedros profesoriaus Won-Sub Yoon tyrimų grupės pirmą kartą kartu įrodė, kad kraunant ir iškraunant Li -jonų akumuliatorių elektrodų medžiagos, didelės galios galima pagaminti žymiai sutrumpinant įkrovimo ir iškrovimo laiką, nesumažinant dalelių dydžio. Šios tyrimų išvados buvo paskelbtos neseniai paskelbtame pirmaujančio tarptautinio energetinių medžiagų žurnalo „Energy & Environmental Science“ numeryje.

Norint greitai įkrauti ir iškrauti ličio jonų baterijas, iki šiol buvo naudojami metodai, mažinantys elektrodų medžiagų dalelių dydį. Tačiau dalelių dydžio sumažinimas turi trūkumų, nes sumažėja baterijų tūrinis energijos tankis.

Šiuo tikslu tyrimų grupė patvirtino, kad įkrovimo ir iškrovimo metu susidarius tarpinei fazės perėjimo fazei [1], galima generuoti didelę galią neprarandant didelio energijos tankio arba nesumažinant dalelių dydžio greitai įkraunant ir iškraunant, o tai leidžia ilgaamžių ličio jonų baterijų kūrimas.

Fazių atskyrimo medžiagų atveju, kai įkrovimo ir iškrovimo metu vyksta naujų fazių kūrimo ir auginimo procesas, vienoje dalelėje yra dvi skirtingo tūrio fazės, todėl abiejų fazių sąsajoje atsiranda daug struktūrinių defektų. Šie defektai stabdo greitą naujos fazės augimą dalelėse, trukdo greitai įkrauti ir iškrauti.

Naudojant tyrimo grupės sukurtą sintezės metodą, galima sukelti tarpinę fazę, kuri veikia kaip struktūrinis buferis, galintis smarkiai sumažinti tūrio pokytį tarp dviejų dalelių fazių.

Be to, buvo patvirtinta, kad ši tarpinė buferinė fazė gali padėti sukurti ir išauginti naują dalelės fazę, pagerindama ličio įterpimo ir pašalinimo greitį. Tai savo ruožtu įrodė, kad tarpinės fazės formavimas gali žymiai padidinti elemento įkrovimo ir iškrovimo greitį, sukurdamas vienalytę elektrocheminę reakciją elektrode, kuriame yra daug dalelių. Dėl to tyrėjų grupės sintezuoti ličio jonų akumuliatorių elektrodai per šešias minutes įkraunami iki 90%, o per 18 sekundžių išsikrauna 54%-tai daug žadantis ženklas kuriant didelės galios ličio jonų baterijas.

„Tradicinis požiūris visada buvo kompromisas tarp mažo energijos tankio ir greito įkrovimo ir iškrovimo greičio, nes sumažėjo dalelių dydis“,-pažymėjo profesorius Byoungwoo Kang, atitinkamas straipsnio autorius. Jis paaiškino: „Šis tyrimas padėjo pagrindą kurti ličio jonų akumuliatorius, galinčius pasiekti greitą įkrovimo ir iškrovimo greitį, didelį energijos tankį ir ilgesnį veikimą.“

Tyrimas buvo atliktas remiant Korėjos Nacionalinio tyrimų fondo vidutinės karjeros tyrėjų programai ir Radiacinių technologijų plėtros programai.

Fazinis perėjimas
Procesas, kai įkrovimo ir iškrovimo metu įterpiamas ir išstumiamas ličio ir esama medžiagos fazė pasikeičia į naują fazę.

Minkyung Kim, Mihee Jeong, Won-Sub Yoon ir Byoungwoo Kang, 2020 m. Rugsėjo 17 d. „Itin greita kinetika fazėje, atskiriančioje elektrodų medžiagą, suformuojant tarpinę fazę, nesumažinant dalelių dydžio“.
DOI: 10.1039/D0EE02518F