Исследователи из Кембриджского университета только что определили новый набор материалов, которые можно использовать для изготовления батареек с более высокой энергией. Они обнаружили, что ионы лития могут проникать в сложную микроструктуру материалов оксида вольфрама тантала со скоростями далеко за пределы обычных материалов электродов. , что означает, что он может достичь более высокой скорости зарядки. Короче говоря, это открытие может стать ключом к созданию литиево-ионных батарей следующего поколения. Ожидается, что они завершат зарядку в считанные минуты (а не часы) и не будут Опасный перегрев.
Рисунок 1: Nb
16W
5O
55И Nb
18W
16O
93Кристаллическая структура / морфология частиц
Литий-ионные батареи использовались постоянно и широко с 1990-х годов. К сожалению, их плотность энергии увеличилась всего на 3-4% в год - намного ниже ожиданий электромобилей и производителей бытовой электроники.
Что еще более важно, эти улучшения обычно исходят от оптимизации упаковочного материала, а не самого электрода. Эта стратегия вряд ли может компенсировать еще один недостаток технологии батареи - скорость зарядки медленная.
Чтобы увеличить скорость зарядки, необходимо ускорить скорость потока заряженных ионов лития от положительного электрода к отрицательному электроду. Ученые пытались достичь этой цели, создав специальные специальные наноструктуры внутри электродов:
Это предназначено для уменьшения расстояния, пройденного ионами лития, но ваши частицы сложны и дороги в использовании, а также создают нежелательные химические реакции, которые сокращают срок службы батареи.
Рисунок 2: Электрохимические свойства двух материалов
В последних выводах из Кембриджа исследователи использовали разные подходы:
Он выбрал более крупную частицу с жесткой структурой с открытой колонной. Эта структура позволяет беспрепятственно перемещаться ионам лития в больших количествах, увеличивая их пропускную способность на несколько уровней.
Новые электродные материалы также могут быть более безопасной альтернативой:
Отрицательный электрод в большинстве литий-ионных батарей выполнен из графита. При высокоскоростной зарядке образуются дендриты, особенно микроструктура литиевых волокон.
Дендриты могут вызвать короткое замыкание или даже пожары в батареях, но новые материалы для электродов в Кембридже нет.
Исследование Рисунок 9: Ожидания крупных и бронзовых тройных оксидов вольфрама и электрохимическое сравнение с бинарными оксидами церия.
Профессор Клэр Грей, старший автор исследования, сказал:
В приложениях с быстрым заполнением безопасность - это место, которое нуждается в большем внимании. Такой потенциальный новый материал, безусловно, стоит посмотреть, потому что нам нужна более безопасная альтернатива графиту.
Кроме того, нано-факторы требуют нескольких шагов для производства, что приводит к чрезвычайно низким урожаям и проблемам с масштабируемостью.
Напротив, оксид вольфрама тантала проще изготавливать и не требует дополнительных химических веществ или растворителей. Конечно, мы все еще должны много работать, прежде чем применять его на практике.
