Инженеры Корнеллского университета разработали новую литиевую батарею, которая заряжается за пять минут, быстрее, чем любая аналогичная батарея на рынке, сохраняя при этом стабильную производительность в течение длительных циклов зарядки и разрядки. Этот прорыв может облегчить «беспокойство о запасе хода» водителей, которые беспокоятся о том, что электромобили не могут преодолевать большие расстояния, не тратя время на подзарядку.
«Беспокойство о запасе хода является более серьезным препятствием для электрификации транспорта, чем другие препятствия, такие как стоимость и производительность аккумуляторов», — сказал Линден Арчер, профессор инженерного дела и декан инженерного факультета Корнелльского университета, который курирует проект. «Если вы можете зарядить аккумулятор электромобиля за пять минут, вам больше не понадобится аккумулятор с запасом хода в 300 миль, вы можете выбрать аккумулятор меньшего размера, что может снизить стоимость электромобилей и обеспечить более широкое внедрение».
Статья команды была недавно опубликована в журнале Joule. Первым автором статьи является Цзинь Шуо, аспирант по специальности химическая и биомолекулярная инженерия.
Литий-ионные аккумуляторы — один из наиболее часто используемых блоков питания в электромобилях и смартфонах. Аккумуляторы легкие, надежные и относительно энергоэффективные. Однако для их зарядки требуются часы, и они не способны выдерживать большие скачки тока.
Исследователи обнаружили, что индий является особенно многообещающим материалом для аккумуляторов быстрой зарядки. Индий — мягкий металл, который в основном используется при производстве покрытий из оксида индия и олова для сенсорных дисплеев и солнечных панелей.
Новое исследование показывает, что индий обладает двумя ключевыми характеристиками в качестве анода батареи: чрезвычайно низкий энергетический барьер миграции, который определяет скорость диффузии ионов в твердом состоянии, и умеренную плотность тока обмена, которая связана со скоростью восстановления ионов в аноде. Сочетание этих двух свойств — быстрой диффузии и медленной кинетики поверхностных реакций — имеет решающее значение для быстрой зарядки и длительного хранения.
«Ключевым нововведением является то, что мы открыли принцип конструкции, который позволяет ионам металла на аноде батареи свободно перемещаться и находить правильную конфигурацию, прежде чем участвовать в реакции накопления заряда», — сказал Арчер. «Конечным результатом является то, что электроды находятся в стабильном морфологическом состоянии во время каждого цикла зарядки. Именно поэтому наши новые батареи быстрой зарядки способны заряжаться и разряжаться снова и снова в течение тысяч циклов».
Эта технология в сочетании с беспроводной индуктивной зарядкой на дороге уменьшит размер и стоимость аккумуляторов, делая электротранспорт более выгодным вариантом для водителей.
Однако это не означает, что индиевые аноды идеальны или даже практичны. «Хотя этот результат впечатляет, поскольку он говорит нам, как получить быстро заряжающиеся батареи, индий тяжелый», — сказал Арчер. «Это дает возможность для компьютерного химического моделирования, возможно, с использованием инструментов генеративного искусственного интеллекта, чтобы понять, какие другие легкие материалы имеют такой же химический состав». Такое низкое число Дамклера. Например, существуют ли никогда не изучавшиеся нами металлические сплавы, обладающие необходимыми свойствами? Именно здесь я чувствую себя комфортно, поскольку существует общий принцип, который позволяет любому создавать более качественные аноды для аккумуляторов, обеспечивающие более высокую скорость зарядки, чем современные».
Источник составления: ScitechDaily.