Hraðar framfarir rafknúinna ökutækja og öflugra rafeindatækja hafa ýtt undir vaxandi eftirspurn eftir hraðhleðsluðum litíum-jón rafhlöðum. Engu að síður þjást núverandi endurhlaðanlegar litíum-jón rafhlöður af mikilli orkutap við hraðhleðslu og geta jafnvel leitt til alvarlegra bilana, sem eykur öryggisáhættu. Þetta stafar aðallega af rafefnafræðilegum óstöðugleika á millifleti anóðu og raflausnar, sem veldur skaðlegri útfellingu málm-litíums á yfirborði rafhlöðunnar og lélegri hitastöðugleika.
Á undanförnum árum hafa efni fyrir háspennu-anóður orðið mjög efnilegir kostir til að hindra óhóflega útfellingu litíums og myndun óstöðugra millifasa fastra raflausna (SEI). Þrátt fyrir þessa kosti eru nýjustu efnin enn takmörkuð af ófullnægjandi jónaleiðni og hitastöðugleika, sem veikir afköst og langtímaáreiðanleika.
Samkvæmt fréttum erlendra fjölmiðla hefur rannsóknarteymi undir forystu Dongwook Han, dósents við Seúl-háskólann í vísindum og tækni, þróað litíum-títan fosfat anóðuefni utan steikíómetrískrar (OS) með NASICON-gerð uppbyggingu til að leysa þessi vandamál. Þetta efni er vel þekkt fyrir einstakan uppbyggingar- og hitastöðugleika. Hönnunin getur valdið sjálfkrafa fasabreytingum undir yfirborði virkra efnisagna til að brjóta niður hvarfhraðatakmarkanir og ná stöðugri hraðhleðslu.
Niðurstöður rannsókna á þessu sviði hafa verið birtar í tímaritinu Advanced Functional Materials.
Yfirborðsmótun fyrir hraðaða jónflutninga
Litíum-títan fosfat (LTP) hefur uppbyggingu eins og natríum-ofurjónaleiðari (NASICON), sem státar af framúrskarandi uppbyggingar- og hitastöðugleika sem og hraðri dreifingu litíumjóna. Til að nýta möguleika þess til fulls notuðu vísindamenn hönnunaraðferð utan steikíómetrískrar hönnunar og juku vísvitandi hlutfall fosfórs (P) og títans (Ti). Slík títan-skortur samsetning myndar títan fosfat (TPO) lén nálægt yfirborði LTP agna.
Þessi TPO-ríku svæði virka sem skilvirkar hreyfirásir, lækka orkuþröskuldinn fyrir flutning litíumjóna yfir tengiflöt anóðu og raflausnar og byggja upp hraðar jónaflutningsleiðir nálægt yfirborði agna. Þar að auki veita mjög sveigjanleg P-O-P tengi innan TPO-rammans sveigjanleika í uppbyggingu til að aðlagast rúmmálsbreytingum við hraðhleðsluhringrásir og vernda NASICON-gerð uppbyggingu gegn óafturkræfum skemmdum.
Öflug afköst við hraðhleðsluaðstæður
Þar af leiðandi, í hleðsluhraðaprófum, mikilvægasta mælikvarðanum sem metur hraðhleðslugetu, hélt OS-LTP-kolefnis (OS-LTP/C) samsetta anóðuninni ótrúlegum 86% af upphafsgetu sinni við 10C hleðsluhraðann, en afköst hreinu LTP/C samsettu anóðunnar minnkaði verulega.
Þetta efni býður einnig upp á framúrskarandi stöðugleika í hringrás eftir yfir 250 hringrásir. Heilfrumusamsetningar sýna svipaða frábæra hraðaafköst og víðtæka eindrægni við háspennukatóður.
Víðtækari leið í átt að öruggari rafhlöðum
„Aðferð okkar býr til glænýja hugmyndafræði fyrir hönnun hraðhleðslurafhlöðu og hana má beita víða á fjölmörg framtíðarorkugeymslukerfi, þar á meðal rafhlöður sem eru eingöngu í föstu formi,“ benti Han á. „Þessi hönnunarstefna getur gert rafknúin ökutæki hagnýtari með því að stytta hleðslutíma, bæta öryggi og styðja við raforkukerfi sem byggja á endurnýjanlegri orku.“
Að lokum má segja að þessi hönnunarstefna, sem er utan steikíómetrískrar stærðar, taki á einni af helstu hindrunum sem endurhlaðanlegar rafhlöður standa frammi fyrir og býður upp á efnilega nálgun fyrir viðskiptalega tilbúna orkugeymslutækni með ofurhraðhleðslu.
Birtingartími: 7. ágúst 2026