Исследователи из Мичиганского университета создали литий-ионную батарею для электромобилей, способную заряжаться до 100 % за 10 минут при −10 °C. Это стало возможным благодаря тому, что ученые нашли способ предотвратить осаждение лития на аноде. Новая технология увеличивает скорость зарядки на 500 % и сохраняет высокую емкость при низких температурах, что решает главную проблему современных электромобилей.
В электромобилях энергия хранится и передается благодаря движению ионов лития между электродами через жидкий электролит. Однако при низких температурах это движение замедляется, что снижает заряд батареи. Чтобы это предотвратить, производители увеличили толщину электродов в аккумуляторных ячейках. Но из-за этого зарядка происходит медленнее.
Для решения этой проблемы в научных работах предлагается использовать высокоупорядоченные электроды с лазерной обработкой (HOLE). Эти массивы вертикальных каналов обеспечивают быстрый перенос ионов внутрь электрода, что ускоряет зарядку при комнатной температуре. Однако при низких температурах этот метод работает хуже из-за образования литиевого покрытия — нежелательного осаждения металлического лития на аноде.
Тогда ученые покрыли батарею тонким (20 нанометров) слоем особого материала. Это покрытие представляет собой твердый стеклообразный электролит с одновалентной ионной проводимостью (LBCO). Для этого использовали метод атомно-слоевого осаждения. Затем команда сравнила четыре типа батарей: обычную, с электродами HOLE, с покрытием LBCO и аккумулятор, в котором использовались обе эти технологии.
Электроды с комбинированным покрытием LBCO-HOLE сохранили более 92 % емкости после 100 циклов зарядки при 4 °C (15 минут) и свыше 97 % при 6 °C (10 минут) в условиях температуры −10°C. В то же время контрольные образцы без покрытия и электроды только с HOLE быстро деградировали — их емкость упала ниже 50 % уже после первых циклов быстрой зарядки при −10 °C из-за интенсивного образования металлического лития.
Графитовые элементы без покрытия сохраняли менее 20 % доступной емкости (диапазон состояния заряда, SoC) после 20 циклов. В то же время элементы с LBCO-HOLE демонстрировали около 70 % SoC после 15-минутной зарядки при 4 °C и примерно 55 % после 10 минут при 6 °C. По данным исследователей, это означает улучшение скоростных характеристик более чем на 400 % при 4 °C и свыше 500 % при 6 °C.
