Подписаться на новости SCDAILY 

  • Yulia Mi

Созданы аккумуляторы, способные заряжаться/разряжаться наполовину за 1 секунду

Расширяя возможности литий-ионных аккумуляторов: японские ученые разработали аккумуляторы с низким сопротивлением на границе электрод/твердый электролит, не деградирующие даже за 100 циклов заряда/разряда и способные заряжаться/разряжаться наполовину всего за 1 секунду.



Исследователи из японской фирмы Tokyo Tech заинтересовались одной из основных проблем твердотельных аккумуляторов и создали аккумуляторы с низким сопротивлением на границе электрод/твердый электролит. Разработанные аккумуляторы показали отличные электрохимические свойства, которые значительно превосходят свойства обычных повсеместно распространенных литий-ионных аккумуляторов, продемонстрировав тем самым многообещающую технологию производства твердотельных аккумуляторов и ее потенциальные возможности.


Многие потребители знакомы с многократно подзаряжаемыми литий-ионными аккумуляторами, которые постоянно развиваются в последние несколько десятилетий и сейчас являются общими для всех видов электронных приборов. Несмотря на их широкое применение, ученые и инженеры уверены, что традиционная технология изготовления литий-ионных аккумуляторов уже исчерпала себя и сейчас человечеству нужны новые типы аккумуляторов.

Ученые из компании Tokyo Tech и Университета Тохоку во главе с профессором Таро Хитосуги (Taro Hitosugi) разработали и создали твердотельные аккумуляторы с чрезвычайно низким сопротивлением, используя Li(Ni0.5Mn1.5)O4 (LNMO). Производство и контроль аккумуляторов проводились в ультравысоком вакууме, обеспечивающем отсутствие загрязнений на поверхностях электролита/электрода.



Структура таких твердотельных аккумуляторов показана на рисунке. После создания была проведена оценка электрохимических свойств этих аккумуляторов для выяснения распределения ионов лития. Рентгеновская и Рамановская спектроскопия были использованы для анализирования кристаллической структуры тонких пленок образовывающих аккумулятор. Самопроизвольная миграция ионов лития была обнаружена от слоя электролит Li3PO4 к слою электрода LNMO, преобразуя половину LNMO в L2NMO на границе Li3PO4/LNMO сразу после формирования структуры электролит/электрод. Обратная миграция имела место при инициации процесса зарядки для восстановления слоя LNMO.

Сопротивление на границе электрод/электролит, проверенное с помощью электрохимической импедансной спектроскопии, составило 7,6 Ом на см2, что на два порядка меньше, чем у предыдущих твердотельных аккумуляторов, основанных на LNMO, и даже меньше, чем у литий-ионных аккумуляторов на жидком электролите, использующих LNMO.


Созданные аккумуляторы также продемонстрировали быструю скорость зарядки и разрядки. Аккумулятор удалось зарядить или разрядить наполовину всего за 1 секунду. Кроме того, даже после 100 циклов зарядки/разрядки емкость аккумуляторов осталась практически неизменной (графики показаны на рисунке).


Li(Ni0.5Mn1.5)O4 – это многообещающий материал, позволяющий увеличить количество запасенной энергии на единицу веса. Команда исследователей надеется, что полученные результаты поспособствуют развитию высокопроизводительных твердотельных аккумуляторов, которые могут привести к революции в области современных портативных электронных приборов и электромашин.



Материалы взяты из открытых источников:

https://www.titech.ac.jp/english/news/2018/042087.html

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b08506

#литийионныйаккумулятор #твердотельныйаккумулятор #аккумулятор

Просмотров: 8