С помощта на един съвсем нов материал литиево-йонната батерия се зарежда до 70% само за 45 секунди

Екип от китайски учени разработи кристален материал на базата на ниобиево-волфрамов оксид (NbWO), който увеличава подвижността на йоните. Откритието им се основава на неочакван феномен: материалът работи по-добре, когато атомната му структура динамично се адаптира към различните скорости на зареждане. Батерията, изработена от новия материал, достига 68,5% от теоретичния си капацитет за 45 секунди зареждане, докато прототипът запазва 77% от първоначалния си капацитет след 500 цикъла на бързо зареждане. Очаква се нововъведението да бъде полезно навсякъде, където литиево-йонната батерия трябва да се зареди само за една минута.

Използвайки електронни микроскопи, екипът установява, че кристалната структура на NbWO реагира по различен начин на скоростта на зареждане. По време на бавното зареждане литиевите йони образуват прецизни модели, които предизвикват структурни изкривявания. При високи скорости обаче йоните се разпределят по-хаотично в материала. Този безпорядък намалява изкривяването на решетката и увеличава подвижността на литиевите йони, което позволява по-бързо зареждане.

За да оптимизират работата на материала, изследователите определиха основното му ограничение: литиевите йони предпочитат да навлизат през определени фасети на кристалната структура. Използвайки машинно обучение, за да анализират близо 84 000 потенциални материала, те избират редуциран графенов оксид като повърхностен слой, който да насочва литиевите йони към тези предпочитани точки на влизане, съобщава Nanowerk.

Тестовете показват, че модифицираният материал (rGO/Nb₁₆W₅O₅₅₅) се зарежда при 80°C, като за 45 секунди достига 116 милиамперчаса на грам – т.е. 68,5% от теоретичния си капацитет. Комерсиалните литиево-йонни батерии обикновено се зареждат в режими при 1 °C и 2 °C, 30-60 минути преди да се заредят напълно.

По време на тестовете прототип на батерия, изработена от усъвършенствания материал, запазва 77% от първоначалния си капацитет след 500 цикъла на бързо зареждане. Той демонстрира висока енергийна плътност: до 406 W*h/kg при по-ниски изисквания за мощността и 186 W*h/kg при висока мощност.

Учените все още трябва да преодолеят значителни технически предизвикателства, преди материалът да бъде пуснат на пазара. Предимствата на материала намаляват, когато дебелината на електрода отговаря на спецификациите на търговските батерии. Освен това настоящите електролити и други компоненти на батериите трудно поддържат такива високи скорости на зареждане.