Новаторська технологія може зробити революцію в зарядці акумуляторів

Зазвичай зарядка електромобіля займає близько 10 годин. Навіть із технологією швидкого заряджання ви все одно розраховуєте на мінімум 30 хвилин – і це якщо на зарядній станції є вільне місце. Якби електричні транспортні засоби могли заряджатися так само швидко, як ми заправляємо традиційні газові транспортні засоби, це зменшило б брак місць для зарядки електромобілів.

Ефективність літій-іонних акумуляторів, тип яких використовується в електромобілях, визначається здатністю матеріалу анода зберігати іони літію. Нещодавно професор Вон Бе Кім з кафедри хімічної інженерії та Вищого інституту технології чорних металів і енергетичних матеріалів при Науково-технологічному університеті Пхоханг (POSTECH, президент Му Хван Кім) очолив дослідницьку групу для розробки нового матеріалу анода.

Його колектив, до складу якого входили д.ф.-м.н. Кандидати Сонг Кю Канг і Мінхо Кім з Департаменту хімічної інженерії синтезували нанолисти феритів марганцю (Mn_3-x Fe_x O₄) за допомогою нового методу самогібридизації, що включає процес простої гальванічної заміни. Ця новаторська технологія збільшує ємність накопичувача приблизно в 1,5 раза вище теоретичної межі та дозволяє заряджати електромобіль всього за шість хвилин. Дослідження було визнано досконалим і опубліковано як стаття на першій сторінці обкладинки в журналі Advanced Functional Materials.

У цьому дослідженні дослідницька група розробила новий метод синтезу марганцевих феритів як анодного матеріалу, відомого своєю чудовою літій-іонною здатністю накопичувати та феромагнітними властивостями. Спочатку в розчині оксиду марганцю, змішаного з залізом, відбулася реакція гальванічного заміщення, що призвело до утворення гетероструктурної сполуки з оксидом марганцю всередині та оксидом заліза зовні.

Далі команда використала гідротермальний метод для створення листів феритів марганцю нанометрової товщини з розширеною площею поверхні. Цей підхід використовував сильно спін-поляризовані електрони, що значно збільшило ємність для зберігання значної кількості іонів літію. Ця інновація дозволила команді ефективно перевищити теоретичну ємність анодного матеріалу з феритів марганцю більш ніж на 50 відсотків.

Збільшення площі поверхні матеріалу анода сприяло одночасному переміщенню великої кількості іонів літію, тим самим підвищуючи швидкість заряджання батареї. Експериментальні результати показали, що всього шість хвилин потрібно для зарядки та розрядки батареї з ємністю, еквівалентною тій, що використовується в електромобілях, які зараз є на ринку. Це дослідження удосконалило складний процес синтезу, щоб зробити прорив у теоретичній ємності матеріалу анода та значно прискорити процес заряджання акумулятора.

Професор Вон Бе Кім, який очолив дослідження, заявив: «Ми запропонували нове розуміння того, як подолати електрохімічні обмеження звичайних анодних матеріалів і збільшити ємність батареї шляхом застосування раціонального дизайну зі зміною поверхні за допомогою обертання електронів». Він висловив оптимізм, що ця розробка може призвести до збільшення терміну служби батареї та скорочення часу підзарядки для електромобілів. Джерело