Група вчених з Японського передового інституту науки і технологій (JAIST) розробила підхід до виготовлення анодів, який може призвести до надзвичайно швидкого заряджання літій-іонних акумуляторів (LIB).
У статті, опублікованій у журналі Chemical Communications, дослідники пояснюють, що їхня стратегія є відносно простим, екологічно безпечним та ефективним способом виробництва аноду на основі вуглецю з дуже високим вмістом азоту.
Вже відомо, що одним із способів скорочення часу зарядки LIB є збільшення швидкості дифузії іонів літію, що, у свою чергу, може бути досягнуто за рахунок збільшення міжшарової відстані у матеріалах на основі вуглецю, що використовуються в аноді батареї. Це було досягнуто певним успіхом за рахунок введення домішок азоту, які технічно називаються легуванням азоту. Однак не існує легко доступного методу контролю міжшарової відстані або концентрації легуючого елемента.
Для вирішення цієї проблеми японська група використовувала полі (бензімідазол), полімер на біологічній основі, який можна синтезувати із сировини біологічного походження як матеріал-попередник аноду.
Прожаривши цей термостійкий матеріал при 800°C, команді вдалося отримати вугільний анод із рекордним вмістом азоту 17% за вагою. Вони підтвердили успішний синтез цього матеріалу та вивчили його склад та структурні властивості за допомогою різних методів, включаючи скануючу електронну тунельну мікроскопію та рентгенівську фотоелектронну спектроскопію.
Щоб перевірити продуктивність свого анода та порівняти його з більш поширеним графітовим анодом, дослідники побудували напівелементи та повні елементи та провели експерименти із заряду-розрядки. Запропонований анодний матеріал виявився придатним для швидкої зарядки завдяки покращеній літій-іонній кінетиці.
Більш того, випробування на довговічність показали, що батареї із запропонованим анодним матеріалом зберігають близько 90% своєї початкової ємності навіть після 3000 циклів заряду-розряду з високою швидкістю, що значно перевищує ємність, що зберігається елементами на основі графіту.
На думку дослідників, зміни у структурі попередника полімеру можуть призвести до ще більш високої продуктивності, що може бути актуальним для акумуляторів не тільки електромобілів, а й портативної електроніки.
«Надзвичайно висока швидкість зарядки з використанням підготовленого нами анодного матеріалу може зробити його придатним для використання в електромобілях», - сказав керівник групи Норієсі Мацумі у заяві для ЗМІ. «Ми сподіваємося, що набагато більш короткий час зарядки приверне споживачів до вибору електромобілів, а не автомобілів на бензині, що зрештою призведе до більш чистого довкілля в кожному великому місті по всьому світу».
За словами Мацумі, ще однією помітною перевагою пропонованого анодного матеріалу є використання полімеру на біологічній основі у його синтезі. Завдяки використанню низьковуглецевої технології цей матеріал, природно, дає синергетичний ефект, який ще більше знижує викиди CO2.
