Hiter razvoj električnih vozil in visokozmogljivih elektronskih naprav je spodbudil naraščajoče povpraševanje po ultra hitro polnljivih litij-ionskih baterijah. Kljub temu pa trenutne litij-ionske polnilne baterije med hitrim polnjenjem močno izgubljajo moč in lahko celo povzročijo katastrofalne okvare, kar povečuje varnostna tveganja. To izvira predvsem iz elektrokemične nestabilnosti na vmesniku anoda-elektrolit, kar povzroča škodljivo odlaganje kovine in litija na površini baterije in slabo toplotno stabilnost.
V zadnjih letih so visokonapetostni anodni materiali postali zelo obetavne alternative za preprečevanje prekomernega odlaganja litija in nastajanja nestabilnih plasti trdnih elektrolitov (SEI). Kljub tem prednostim so najsodobnejši materiali še vedno omejeni zaradi nezadovoljive ionske prevodnosti in toplotne stabilnosti, kar slabi izhodno moč in dolgoročno zanesljivost.
Po poročanju tujih medijev je raziskovalna skupina pod vodstvom izrednega profesorja Dongwooka Hana na Seulski nacionalni univerzi za znanost in tehnologijo za rešitev teh težav razvila nestehiometrični (OS) anodni material iz litijevega titanijevega fosfata s strukturo tipa NASICON. Ta material je znan po izjemni strukturni in toplotni stabilnosti. Zasnova lahko sproži spontano fazno transformacijo pod površino delcev aktivnega materiala, da prebije kinetične omejitve in doseže stabilno delovanje hitrega polnjenja.
Ustrezne ugotovitve raziskav so bile objavljene v reviji Advanced Functional Materials.
Površinska modulacija za pospešen ionski transport
Litijev titanov fosfat (LTP) ima strukturo tipa natrijevega superionskega prevodnika (NASICON), ki se ponaša z izjemno strukturno in toplotno stabilnostjo ter hitrimi difuzijskimi kanali litijevih ionov. Da bi izkoristili njen polni potencial, so raziskovalci sprejeli nestehiometrično strategijo načrtovanja in namerno povečali razmerje med fosforjem (P) in titanom (Ti). Takšna sestava s pomanjkanjem titana ustvarja domene titanovega fosfata (TPO) blizu površine delcev LTP.
Ta območja, bogata s TPO, delujejo kot visoko učinkoviti kinetični kanali, saj znižujejo energijsko oviro za transport litijevih ionov čez vmesnik anoda-elektrolit in gradijo hitre poti za prenos ionov v bližini površin delcev. Poleg tega zelo fleksibilne P-O-P vezi znotraj TPO ogrodja zagotavljajo strukturno prožnost za prilagajanje spremembam volumna med cikli hitrega polnjenja in ščitijo strukturo tipa NASICON pred nepopravljivimi poškodbami.
Robustna zmogljivost pri hitrem polnjenju
V testih hitrosti polnjenja, ključnem kazalniku, ki ocenjuje zmogljivost hitrega polnjenja, je kompozitna anoda OS-LTP-ogljik (OS-LTP/C) pri hitrosti polnjenja 10 C ohranila izjemnih 86 % svoje začetne kapacitete, medtem ko se je kapaciteta neokrnjene kompozitne anode LTP/C drastično zmanjšala.
Ta material zagotavlja tudi odlično ciklično stabilnost po več kot 250 ciklih. Konfiguracije s polnimi celicami kažejo podobno odlično hitrost delovanja in široko združljivost z visokonapetostnimi katodami.
Širša pot do varnejših baterij
»Naša metoda ustvarja povsem novo paradigmo za zasnovo baterij za hitro polnjenje in jo je mogoče široko uporabiti v številnih prihodnjih sistemih za shranjevanje energije, vključno s popolnoma trdnimi baterijami,« je poudaril Han. »Ta strategija zasnove lahko naredi električna vozila bolj praktična s skrajšanjem časa polnjenja, izboljšanjem varnosti in podporo električnim omrežjem obnovljivih virov energije.«
Skratka, ta nestehiometrična strategija zasnove obravnava eno od ključnih ovir, s katerimi se soočajo polnilne baterije, in ponuja obetaven pristop za komercialno pripravljeno tehnologijo ultra hitrega polnjenja shranjevanja energije.
Čas objave: 7. avg. 2026