სეულის ტექნოლოგიური კომპანია ლითიუმის მავნე დალექვის თავიდან ასაცილებლად აკუმულატორის ულტრასწრაფი დატენვის ახალ სტრატეგიას ავითარებს

ელექტრომობილებისა და მაღალი სიმძლავრის ელექტრონული მოწყობილობების სწრაფმა განვითარებამ გაზარდა ულტრასწრაფად დამუხტვადი ლითიუმ-იონური აკუმულატორების მოთხოვნა. მიუხედავად ამისა, ამჟამინდელი ლითიუმ-იონური დატენვადი აკუმულატორები სწრაფი დატენვის პროცესების დროს განიცდიან ენერგიის ძლიერ ვარდნას და შეიძლება კატასტროფული გაუმართაობაც კი გამოიწვიოს, რაც უსაფრთხოების რისკებს ზრდის. ეს ძირითადად გამოწვეულია ანოდ-ელექტროლიტის ინტერფეისზე ელექტროქიმიური არასტაბილურობით, რაც იწვევს ბატარეის ზედაპირზე მავნე მეტალურ-ლითიუმის დეპონირებას და თერმული სტაბილურობის დაქვეითებას.
ბოლო წლებში მაღალი ძაბვის ანოდური მასალები ლითიუმის ჭარბი დეპონირებისა და არასტაბილური მყარი ელექტროლიტების ფაზათაშორისი (SEI) ფენების წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად უაღრესად პერსპექტიულ ალტერნატივებად იქცა. ამ ძლიერი მხარეების მიუხედავად, თანამედროვე მასალები კვლავ შეზღუდულია არადამაკმაყოფილებელი იონური გამტარობითა და თერმული სტაბილურობით, რაც ასუსტებს სიმძლავრის გამომუშავებას და გრძელვადიან საიმედოობას.

უცხოური მედიის ცნობით, ამ პრობლემების გადასაჭრელად, სეულის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ეროვნული უნივერსიტეტის ასოცირებული პროფესორის, დონგვუკ ჰანის ხელმძღვანელობით, კვლევითმა ჯგუფმა შეიმუშავა NASICON-ის ტიპის სტრუქტურის მქონე არასტოქიომეტრიული (OS) ლითიუმ-ტიტანის ფოსფატის ანოდური მასალა. ეს მასალა ცნობილია განსაკუთრებული სტრუქტურული და თერმული სტაბილურობით. ამ დიზაინს შეუძლია აქტიური მასალის ნაწილაკების ზედაპირის ქვეშ სპონტანური ფაზური ტრანსფორმაციის გამოწვევა კინეტიკური შეზღუდვების დასარღვევად და სტაბილური სწრაფი დატენვის შესრულების მისაღწევად.
შესაბამისი კვლევის შედეგები გამოქვეყნდა ჟურნალ „Advanced Functional Materials“-ში.

ზედაპირის მოდულაცია დაჩქარებული იონური ტრანსპორტისთვის

ლითიუმ-ტიტანის ფოსფატს (LTP) გააჩნია ნატრიუმის სუპერიონურ-გამტარი (NASICON) ტიპის სტრუქტურა, რომელიც გამოირჩევა გამორჩეული სტრუქტურული და თერმული სტაბილურობით, ასევე ლითიუმ-იონური სწრაფი დიფუზიური არხებით. მისი სრული პოტენციალის გამოსაყენებლად, მკვლევარებმა გამოიყენეს არასტოქიომეტრიული დიზაინის სტრატეგია და განზრახ გაზარდეს ფოსფორის (P) და ტიტანის (Ti) თანაფარდობა. ტიტანის ასეთი დეფიციტური შემადგენლობა წარმოქმნის ტიტანის ფოსფატის (TPO) დომენებს LTP ნაწილაკების ზედაპირთან ახლოს.
ეს TPO-თი მდიდარი რეგიონები მაღალეფექტური კინეტიკური არხების როლს ასრულებენ, ამცირებენ ლითიუმ-იონების ანოდ-ელექტროლიტის ინტერფეისზე ტრანსპორტირების ენერგეტიკულ ბარიერს და ქმნიან იონების სწრაფი გადაცემის გზებს ნაწილაკების ზედაპირებთან ახლოს. გარდა ამისა, TPO-ს ჩარჩოში არსებული მაღალმოქნილი P‑O‑P ბმები უზრუნველყოფს სტრუქტურულ მოქნილობას სწრაფი დატენვის ციკლების დროს მოცულობის ცვალებადობასთან ადაპტაციისთვის და იცავს NASICON-ის ტიპის სტრუქტურას შეუქცევადი დაზიანებისგან.

სტაბილური მუშაობა სწრაფი დატენვის პირობებში

შესაბამისად, სიჩქარის ტესტებში, რომელიც სწრაფი დატენვის სიმძლავრის შეფასების სასიცოცხლო ინდიკატორს წარმოადგენს, OS-LTP-ნახშირბადის (OS-LTP/C) კომპოზიტურმა ანოდმა შეინარჩუნა საწყისი სიმძლავრის შესანიშნავი 86% 10C დატენვის სიჩქარის პირობებში, მაშინ როდესაც იდეალურად დატენილი LTP/C კომპოზიტური ანოდის სიმძლავრე მკვეთრად შემცირდა.
ეს მასალა ასევე უზრუნველყოფს შესანიშნავ ციკლურ სტაბილურობას 250-ზე მეტი ციკლის შემდეგ. სრულუჯრედიანი კონფიგურაციები ავლენენ მსგავს შესანიშნავ სიჩქარის მაჩვენებელს და ფართო თავსებადობას მაღალი ძაბვის კათოდებთან.

უფრო ფართო გზა უფრო უსაფრთხო აკუმულატორებისკენ

„ჩვენი მეთოდი ქმნის სრულიად ახალ პარადიგმას სწრაფად დამუხტვის აკუმულატორების დიზაინისთვის და მისი ფართოდ გამოყენება შესაძლებელია ენერგიის დაგროვების მრავალ სამომავლო სისტემაში, მათ შორის მთლიანად მყარი მდგომარეობის აკუმულატორებში“, - აღნიშნა ჰანმა. „დიზაინის ამ სტრატეგიას შეუძლია ელექტრომობილები უფრო პრაქტიკული გახადოს დატენვის დროის შემცირებით, უსაფრთხოების გაუმჯობესებით და განახლებადი ენერგიის ელექტროქსელების მხარდაჭერის შეთავაზებით“.
დასკვნის სახით, ეს არასტოქიომეტრიული დიზაინის სტრატეგია გადაჭრის დატენვადი ბატარეების წინაშე არსებულ ერთ-ერთ ძირითად დაბრკოლებას და გვთავაზობს პერსპექტიულ მიდგომას კომერციულად მზა ულტრასწრაფი დატენვის ენერგიის შენახვის ტექნოლოგიისთვის.