Гаджети зможуть заряджатися за секунди: вчені знайшли новий матеріал для акумуляторів

Дослідники з Китаю розробили новий кристалічний матеріал під назвою оксид вольфраму ніобію (NbWO), який дав змогу прискорити час заряджання акумулятора, не жертвуючи водночас енергетичною місткістю або терміном служби. Про це пише портал Nanowerk.

Як зазначають у виданні, швидкість зарядки батареї залежить від того, наскільки ефективно іони літію переміщуються через його матеріали. У звичайних літій-іонних акумуляторах ці іони повинні переміщатися через складні кристалічні структури, часто зустрічаючи опір, що уповільнює їхній рух.

Раніше міжнародна група вчених розробила незвичайний твердотільний акумулятор зі скляним електролітом, який забезпечив високу швидкість зарядки. Своєю чергою китайські вчені розробили матеріал, який значно покращує рухливість іонів, забезпечуючи значно швидшу зарядку.

Використовуючи передові електронні мікроскопи, команда виявила, що кристалічна структура NbWO по-різному реагує на швидкість зарядки. Так, під час повільного заряджання іони літію розташовуються в точних візерунках, спричиняючи структурні спотворення. Однак при високих швидкостях зарядки іони розподіляються по всьому матеріалу більш хаотично. Цей безлад зменшує спотворення решітки і підвищує рухливість іонів літію, забезпечуючи швидше заряджання.

"Ми об'єднали передову електронну мікроскопію in situ з новітніми можливостями атомно-роздільного сканування, що дало змогу глибоко зазирнути в такі матеріальні науки в надзвичайно малих масштабах, які довгий час залишалися невивченими", — пояснили Яцін Го та Іфей Юань, провідні автори цієї роботи з Університету Веньчжоу.

Щоб оптимізувати роботу матеріалу, дослідники виявили його основне обмеження: іони літію воліють проникати всередину через певні грані кристалічної структури. Використовуючи машинне навчання для аналізу майже 84 000 потенційних матеріалів, вони вибрали відновлений оксид графену як поверхневе покриття для направлення іонів літію в ці точки входу.

Модифікований матеріал, позначений як rGO/Nb₁₆W₅O₅₅₅, заряджався при 80 °C, досягаючи 116 міліампер-годин на грам за 45 секунд — 68,5% від його теоретичної ємності. Для порівняння, комерційні літій-іонні акумулятори зазвичай заряджаються зі швидкістю від 1C до 2C, вимагаючи 30-60 хвилин для повної зарядки.

Під час випробувань прототип батареї з поліпшеного матеріалу зберіг 77% своєї первісної місткості після 500 циклів швидкого заряджання. Матеріал продемонстрував високу щільність енергії, забезпечуючи до 406 ват-годин на кілограм за нижчих вимог до потужності і зберігаючи 186 ват-годин на кілограм за високих вихідних потужностей.

Нагадаємо, японська компанія Elecom представила перший у світі зовнішній акумулятор (повербанк) з технологією натрій-іонних акумуляторів.