Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների և բարձր հզորության էլեկտրոնային սարքերի արագ զարգացումը խթանել է գերարագ լիցքավորվող լիթիում-իոնային մարտկոցների պահանջարկի աճը: Այնուամենայնիվ, ներկայիս լիթիում-իոնային լիցքավորվող մարտկոցները տառապում են արագ լիցքավորման գործընթացների ընթացքում էներգիայի լուրջ անկումից և նույնիսկ կարող են հանգեցնել աղետալի խափանումների, ինչը մեծացնում է անվտանգության ռիսկերը: Սա հիմնականում առաջանում է անոդ-էլեկտրոլիտ միջերեսի էլեկտրաքիմիական անկայունությունից, որը հանգեցնում է մարտկոցի մակերեսին վնասակար մետաղ-լիթիումի նստեցման և վատ ջերմային կայունության:
Վերջին տարիներին բարձր լարման անոդային նյութերը դարձել են խիստ խոստումնալից այլընտրանքներ լիթիումի չափազանց նստվածքի և անկայուն պինդ էլեկտրոլիտային միջֆազային (SEI) շերտերի առաջացման կանխարգելման համար: Այս ուժեղ կողմերին չնայած, ժամանակակից նյութերը դեռևս սահմանափակված են անբավարար իոնային հաղորդունակությամբ և ջերմային կայունությամբ, որոնք թուլացնում են հզորության արտադրությունը և երկարաժամկետ հուսալիությունը:
Արտասահմանյան լրատվամիջոցների հաղորդագրությունների համաձայն, այս խնդիրները լուծելու համար Սեուլի գիտության և տեխնոլոգիայի ազգային համալսարանի դոցենտ Դոնգվուկ Հանի գլխավորած հետազոտական խումբը մշակել է ոչ ստոխիոմետրիկ (OS) լիթիում-տիտանի ֆոսֆատային անոդային նյութ՝ NASICON տիպի կառուցվածքով: Այս նյութը հայտնի է իր բացառիկ կառուցվածքային և ջերմային կայունությամբ: Այս դիզայնը կարող է ակտիվ նյութի մասնիկների մակերևույթի տակ առաջացնել ինքնաբուխ փուլային փոխակերպում՝ կինետիկ սահմանափակումները ճեղքելու և կայուն արագ լիցքավորման արդյունավետություն ապահովելու համար:
Համապատասխան հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են «Advanced Functional Materials» ամսագրում։
Մակերեսային մոդուլյացիա արագացված իոնային փոխադրման համար
Լիթիում-տիտանի ֆոսֆատը (LTP) ունի նատրիում-գերիոնային-հաղորդիչ (NASICON) տիպի կառուցվածք, որը առանձնանում է կառուցվածքային և ջերմային կայունությամբ, ինչպես նաև լիթիում-իոնային արագ դիֆուզիոն ալիքներով: Դրա լիարժեք ներուժն օգտագործելու համար հետազոտողները ընդունել են ոչ ստեխիոմետրիկ նախագծման ռազմավարություն և միտումնավոր մեծացրել են ֆոսֆորի (P) և տիտանի (Ti) հարաբերակցությունը: Տիտանի նման անբավարար կազմը առաջացնում է տիտանի ֆոսֆատի (TPO) դոմեններ LTP մասնիկների մակերեսին մոտ:
Այս TPO-հարուստ շրջանները գործում են որպես բարձր արդյունավետության կինետիկ ալիքներ՝ իջեցնելով լիթիում-իոնների անոդ-էլեկտրոլիտ միջերեսով տեղափոխման էներգետիկ արգելքը և կառուցելով իոնների արագ փոխանցման ուղիներ մասնիկների մակերեսների մոտ: Բացի այդ, TPO շրջանակի ներսում բարձր ճկուն P-O-P կապերը ապահովում են կառուցվածքային ճկունություն՝ արագ լիցքավորման ցիկլերի ընթացքում ծավալի տատանումներին հարմարվելու և NASICON տիպի կառուցվածքը պաշտպանելու անդառնալի վնասից:
Հզոր աշխատանք արագ լիցքավորման պայմաններում
Համապատասխանաբար, արագության ունակության թեստերում, որը կարևորագույն ցուցանիշ է, որը գնահատում է արագ լիցքավորման հզորությունը, OS-LTP-ածխածնային (OS-LTP/C) կոմպոզիտային անոդը պահպանել է իր սկզբնական հզորության զարմանալի 86%-ը 10C լիցքավորման արագության դեպքում, մինչդեռ անթերի LTP/C կոմպոզիտային անոդի հզորությունը կտրուկ նվազել է։
Այս նյութը նաև ապահովում է գերազանց ցիկլային կայունություն 250-ից ավելի ցիկլից հետո: Լիարժեք բջիջներով կոնֆիգուրացիաները նույնպես ցուցաբերում են բարձր արագության կատարողականություն և լայնածավալ համատեղելիություն բարձր լարման կաթոդների հետ:
Ավելի լայն ուղի դեպի ավելի անվտանգ մարտկոցներ
«Մեր մեթոդը ստեղծում է արագ լիցքավորվող մարտկոցների նախագծման բոլորովին նոր մոդել, և այն կարող է լայնորեն կիրառվել ապագայի բազմաթիվ էներգակուտակման համակարգերի, այդ թվում՝ ամբողջությամբ պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների համար», - նշեց Հանը։ «Այս նախագծման ռազմավարությունը կարող է էլեկտրական մեքենաներն ավելի գործնական դարձնել՝ կրճատելով լիցքավորման ժամանակը, բարելավելով անվտանգությունը և աջակցելով վերականգնվող էներգիայի էլեկտրական ցանցերին»։
Ամփոփելով՝ այս ոչ ստոխիոմետրիկ նախագծման ռազմավարությունը լուծում է լիցքավորվող մարտկոցների առջև ծառացած հիմնական խոչընդոտներից մեկը և առաջարկում է խոստումնալից մոտեցում առևտրային օգտագործման համար պատրաստ գերարագ լիցքավորման էներգակուտակման տեխնոլոգիայի համար։
Հրապարակման ժամանակը. Օգոստոս-07-2026