Группа ученых из Японского передового института науки и технологий (JAIST) разработала подход к изготовлению анодов, который может привести к чрезвычайно быстрой зарядке литий-ионных аккумуляторов (LIB) .
В статье, опубликованной в журнале Chemical Communications, исследователи объясняют, что их стратегия представляет собой относительно простой, экологически безопасный и эффективный способ производства анода на основе углерода с очень высоким содержанием азота.
Уже известно, что одним из способов сокращения времени зарядки LIB является увеличение скорости диффузии ионов лития, что, в свою очередь, может быть достигнуто за счет увеличения межслоевого расстояния в материалах на основе углерода, используемых в аноде батареи. Это было достигнуто с некоторым успехом за счет введения примесей азота, которые технически называются легированием азота. Однако не существует легко доступного метода контроля межслоевого расстояния или концентрации легирующего элемента.
Для решения этой проблемы японская группа использовала поли (бензимидазол), полимер на биологической основе, который можно синтезировать из сырья биологического происхождения в качестве материала-предшественника анода.
Прокалив этот термостойкий материал при 800 ° C, команде удалось получить угольный анод с рекордным содержанием азота 17% по весу. Они подтвердили успешный синтез этого материала и изучили его состав и структурные свойства с помощью различных методов, включая сканирующую электронную туннельную микроскопию и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию.
Чтобы проверить производительность своего анода и сравнить его с более распространенным графитовым анодом, исследователи построили полуэлементы и полные элементы и провели эксперименты по заряду-разрядке. Предложенный анодный материал оказался подходящим для быстрой зарядки благодаря улучшенной литий-ионной кинетике.
Более того, испытания на долговечность показали, что батареи с предложенным анодным материалом сохраняют около 90% своей начальной емкости даже после 3000 циклов заряда-разряда с высокой скоростью, что значительно превышает емкость, сохраняемую элементами на основе графита.
По мнению исследователей, изменения в структуре предшественника полимера могут привести к еще более высокой производительности, что может быть актуально для аккумуляторов не только электромобилей, но и портативной электроники.
«Чрезвычайно высокая скорость зарядки с использованием подготовленного нами анодного материала может сделать его пригодным для использования в электромобилях», - сказал руководитель группы Нориеси Мацуми в заявлении для СМИ. «Мы надеемся, что гораздо более короткое время зарядки привлечет потребителей к выбору электромобилей, а не автомобилей на бензине, что в конечном итоге приведет к более чистой окружающей среде в каждом крупном городе по всему миру».
По словам Мацуми, еще одним заметным преимуществом предлагаемого анодного материала является использование полимера на биологической основе в его синтезе. Благодаря использованию низкоуглеродистой технологии, этот материал, естественно, дает синергетический эффект, который еще больше снижает выбросы CO2.
