Ученые из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology – MIT) разработали способ сверхбыстрой зарядки литиево-ионных аккумуляторных батарей. Группа исследователей во главе с Джербрандом Седером (Gerbrand Cedar) создала миниатюрный элемент питания, который может быть полностью заряжен и разряжен за секунды.

Достичь этого удалось за счет использования в конструкции батареи смешанного фосфата лития и железа (LiFePO₄), который уже давно вошел в практику разработки литиевых аккумуляторов. Новые свойства этому материалу ученые смогли придать, получив его в форме наноразмерных гранул, покрытых тонким слоем стеклоподобного материала на основе фосфата лития, сообщает «РИА Новости».

В традиционных аккумуляторах процессы переноса ионов между электродами идут очень медленно. Даже если аккумулятор позволяет запасать большое количество энергии, он не может отдать ее всю сразу. В частности, это обстоятельство очень мешает разработчикам электромобилей. «Аккумуляторы для них имеют большую электрическую емкость, позволяя вам передвигаться со скоростью 90 км/ч в течение долгого времени, - рассказывает Седер. – Однако мощность батарей невелика, вы не можете, например, взять и резко ускориться».

Образец нового материала, позволяющего заряжать аккумуляторы за секунды

Долгое время ученые считали, что такое ограничение обусловлено медленным движением ионов лития внутри материала анода к поверхности, преодолеть которое можно, оптимизируя кристаллическую структуру катодных материалов. Однако 5 лет назад авторы статьи обнаружили, что на самом деле ионы лития внутри смешанного фосфата лития мигрируют по специальным каналам с большой скоростью, а скорость разряда и заряда батарей на основе этого анодного материала лимитируется вероятностью попадания иона с поверхности внутрь такого канала в кристаллической структуре.

Седер и его коллеги сумели в одном процессе объединить получение смешанного фосфата лития-железа (в форме наноразмерных гранул с очень развитой поверхностью) и покрытие их стеклоподобным фосфатом лития, служащим проводником для ионов лития. Протестированный в лабораторных условиях образец миниатюрной батареи полностью заряжался и разряжался за 10-20 секунд. Аналогичный элемент питания, но без этого материала, заряжался за 6 минут.

Еще одним достоинством разработки, помимо высокой скорости движения заряженных частиц, является полное отсутствие деградации в ходе многочисленных циклов зарядки и разряжения аккумулятора, что открывает широкие перспективы его применения. По словам авторов, подобные аккумуляторы могут появиться в продаже через 2-3 года. Работа опубликована в свежем номере еженедельного журнала Nature.