Вчені наблизили нове покоління батарей – витриваліших, безпечніших та швидших

Південнокорейські науковці представили новий матеріал для анодів літій-іонних батарей, який дозволяє значно прискорити заряджання і водночас зберігати тривалий термін служби. Дослідження провели фахівці з Ульсанського національного інституту науки і технологій (UNIST), Корейського університету та Інституту науки і технологій KIST, а його результати опубліковано у журналі Advanced Functional Materials

Основою відкриття став гібридний анод, створений із поєднання графіту та нановуглецевих органічних матеріалів 

Такий підхід допомагає уникати основної проблеми швидкої зарядки — утворення «мертвого літію» на поверхні батареї. Цей «мертвий» літій утворюється, коли надлишок іонів під час швидкого заряджання осідає на аноді і більше не бере участі у роботі акумулятора. З часом це знижує ємність батареї і пришвидшує її зношення

Щоб подолати цю проблему, команда розробила структуру, у якій звичайні частинки графіту (mesocarbon microbeads, MCMB) рівномірно розподілені всередині вигнутих нановуглецевих пластин з хлорованого гексабензокоронену (Cl-cHBC). Такі вигнуті наношари створюють більші проміжки між частинками, що дозволяє літієвим іонам проходити швидше та рівномірніше. У результаті процес заряджання стає не лише швидшим, а й безпечнішим для структури батареї

Найефективнішою виявилася суміш цих двох матеріалів у співвідношенні 1:1

У такому складі іони літію спочатку потрапляють у вигнуті наношари, а потім проникають у графіт. Така послідовна вставка іонів запобігає утворенню «мертвого літію» і зберігає стабільну ємність навіть при багаторазових швидких зарядках

Під час випробувань новий анод показав у чотири рази більшу потужність, ніж звичайний графіт при високих швидкостях заряджання. У повноцінних батареях, зібраних із катодом типу NCM811, він зберігав до 70% початкової ємності після понад тисячі циклів заряджання-розряджання. У тестових «гнучких» елементах (pouch cell) батарея з новим анодом працювала стабільно понад 2100 циклів із ефективністю 99%, що підтверджує її придатність для реального використання

Дослідники зазначають, що виробництво цього матеріалу сумісне з уже існуючими лініями виготовлення батарей, тому його можна впровадити у масове виробництво без значних витрат. Крім того, використання вигнутих нановуглецевих структур відкриває шлях до створення нових типів акумуляторів, зокрема натрій-іонних систем, які можуть стати більш доступною альтернативою літію

Команда наголошує, що виявлений механізм послідовного руху іонів літію може стати основою для розробки наступного покоління батарей, які поєднують швидке заряджання і високу довговічність