Гаджеты смогут заряжаться за секунды: ученые нашли новый материал для аккумуляторов

Исследователи из Китая разработали новый кристаллический материал под названием оксид вольфрама ниобия (NbWO), который позволил ускорить время зарядки аккумулятора, не жертвуя при этом энергетической емкостью или сроком службы. Об этом пишет портал Nanowerk.

Как отмечают в издании, скорость зарядки батареи зависит от того, насколько эффективно ионы лития перемещаются через его материалы. В обычных литий-ионных аккумуляторах эти ионы должны перемещаться через сложные кристаллические структуры, часто встречая сопротивление, которое замедляет их движение.

Используя передовые электронные микроскопы, команда обнаружила, что кристаллическая структура NbWO по-разному реагирует на скорость зарядки. Так, во время медленной зарядки ионы лития располагаются в точных узорах, вызывая структурные искажения. Однако при высоких скоростях зарядки ионы распределяются по всему материалу более хаотично. Этот беспорядок уменьшает искажения решетки и повышает подвижность ионов лития, обеспечивая более быструю зарядку.

Важно В 10 раз прочнее обычных: Xiaomi представила "пуленепробиваемый" аккумулятор (видео)

"Мы объединили передовую электронную микроскопию in situ с новейшими возможностями атомно-разрешающего сканирования, что дало возможность глубоко заглянуть в такие материальные науки в чрезвычайно малых масштабах, которые долгое время оставались неизученными", — объяснили Яцин Го и Ифэй Юань, ведущие авторы этой работы из Университета Вэньчжоу.

Чтобы оптимизировать работу материала, исследователи выявили его основное ограничение: ионы лития предпочитают проникать внутрь через определенные грани кристаллической структуры. Используя машинное обучение для анализа почти 84 000 потенциальных материалов, они выбрали восстановленный оксид графена в качестве поверхностного покрытия для направления ионов лития в эти точки входа.

Модифицированный материал, обозначенный как rGO/Nb₁₆W₅O₅₅, заряжался при 80 °C, достигая 116 миллиампер-часов на грамм за 45 секунд — 68,5% от его теоретической емкости. Для сравнения, коммерческие литий-ионные аккумуляторы обычно заряжаются со скоростью от 1C до 2C, требуя 30-60 минут для полной зарядки.

В ходе испытаний прототип батареи из улучшенного материала сохранил 77% своей первоначальной емкости после 500 циклов быстрой зарядки. Материал продемонстрировал высокую плотность энергии, обеспечивая до 406 ватт-часов на килограмм при более низких требованиях к мощности и сохраняя 186 ватт-часов на килограмм при высоких выходных мощностях.