Использование совершенно нового материала, ниобата никеля, для анода литий-ионных батарей позволяет увеличить скорость зарядки в десять раз, утверждают голландские ученые из Университета Твенте. Это возможно без риска повреждения материала анода, выхода из строя батареи или сокращения срока ее службы. Дополнительным преимуществом, как отмечается, является несложный процесс производства. Исследование было опубликовано в журнале Advanced Energy Materials.
Известно, что существующие в современном мире графитовые аноды просты в изготовлении и недороги, однако они имеют ряд недостатков, в том числе ограничение зарядного тока. Это связано с неупорядоченной структурой графита на наноуровне, поэтому ученые попытались найти для анода материал с регулярной структурой. Неупорядоченность, по словам исследователей, создавала “узкие места” в аноде, в которых падала ионная проводимость, а это приводило к деградации анода со всеми вытекающими последствиями.
В качестве нового материала для “структурно открытого и упорядоченного” анода они выбрали ниобат никеля (ниобаты – это неорганические соединения соли ниобиевой кислоты). В целях проверки теоретических расчетов графитовые аноды в коммерческих литиевых батареях были заменены исследователями на аноды из ниобата никеля.
В результате апробации выяснилось, что литиевые батареи с никель-ниобатным анодом позволяют в десять раз быстрее заряжать аккумулятор. Также было отмечено, что упорядоченная наноструктура нового анода позволяет батареям сохранять 81% своей первоначальной емкости после 20 тысяч циклов заряда и разряда.
Более того, установлено, что новый материал обеспечивает аккумуляторам более высокую емкость, чем анодный графит, достигая значения 244 мА*ч/г. Замена анодного материала на новый, по словам исследователей, позволит производить более легкие или более емкие батареи.
