Литий-ионный аккумулятор, в котором для организации частиц используется медь и медные нанопроволоки, может заряжаться до 60% за 6 минут без ущерба для накопления энергии. Эта более эффективная батарея может в один прекрасный день стать источником питания для электромобилей, позволяя водителям путешествовать дальше, не дожидаясь подзарядки автомобиля. Исследование опубликовано в журнале Scientific Advances.
В аккумуляторах, которые в основном являются литий-ионными, используются связующие вещества для склеивания частиц между собой, чтобы создать прочную структуру. Это может привести к образованию густой аккумуляторной жидкости со случайным распределением частиц, что вызывает замедление времени зарядки. Частицы в более тонких жидкостях для аккумуляторов заряжаются быстрее, но накапливают меньше энергии.
Чтобы преодолеть эти проблемы, Яо Хунгбин из китайского Университета науки и технологий Хэфэи и его коллеги разработали литий-ионный аккумулятор со структурированным анодом – положительным концом батареи.
Аноды литиевых батарей обычно изготавливаются из графитовых частиц, через которые проходит заряд, и эти частицы располагаются в довольно случайном порядке. Исследователи расположили частицы в порядке уменьшения их размера и количества зазоров между ними, называемых пористостью.
Их аккумулятор заряжался до 60% и 80% за 5,6 и 11,4 минуты соответственно, сохраняя при этом высокий запас энергии в стандартных тестах.
Исследователи не фиксировали время до 100-процентной зарядки. Производители электромобилей часто рекомендуют заряжать автомобили до 80% для поддержания долговечности батареи. Tesla обычно требуется от 40 минут до часа, чтобы зарядить батарею от 40% до 80%.
“В нашей конструкции мы контролируем всю плотность электрода. Мы используем более высокую пористость в верхней части [анода], но более низкую пористость в нижней части, так что средняя пористость имеет нормальное значение”, — делятся ученые.
Чтобы упорядочить частицы по размеру и пористости, Яо и его команда покрыли частицы графитового анода медью и смешали их с медными нанопроволоками. Затем частицы нагревали, охлаждали и сжимали, создавая упорядоченную структуру.
“Этот процесс естественного осаждения хорош, но мне кажется, что дополнительные этапы обработки, необходимые для покрытия графита и изготовления медных нанопроволок, могут заметно удорожить процесс”, — говорит Билли Ву из Имперского колледжа Лондона.
Нагрев и охлаждение анода также могут добавить дополнительные расходы к тому, что традиционно является более дешевым компонентом батареи, отмечает Ву.
