Sähköajoneuvojen ja suuritehoisten elektronisten laitteiden nopea kehitys on lisännyt erittäin nopeasti latautuvien litiumioniakkujen kasvavaa kysyntää. Nykyiset ladattavat litiumioniakut kärsivät kuitenkin vakavasta tehon heikkenemisestä pikalatausprosessien aikana ja voivat jopa johtaa katastrofaalisiin vikoihin, mikä lisää turvallisuusriskejä. Tämä johtuu pääasiassa anodin ja elektrolyytin rajapinnan sähkökemiallisesta epävakaudesta, joka aiheuttaa haitallista metallisen litiumin kerrostumista akun pinnalle ja heikon lämpöstabiilisuuden.
Viime vuosina korkeajännitteisistä anodimateriaaleista on tullut erittäin lupaavia vaihtoehtoja litiumin liiallisen laskeutumisen ja epästabiilien kiinteän elektrolyyttirajapinnan (SEI) muodostumisen estämiseksi. Näistä vahvuuksista huolimatta huippuluokan materiaaleja rajoittaa edelleen epätyydyttävä ionijohtavuus ja terminen stabiilius, jotka heikentävät tehontuottoa ja pitkäaikaista luotettavuutta.
Ulkomaisten tiedotusvälineiden mukaan Soulin kansallisen tiede- ja teknologiayliopiston apulaisprofessori Dongwook Hanin johtama tutkimusryhmä on kehittänyt näiden ongelmien ratkaisemiseksi epästoikiometrisen (OS) litiumtitaanifosfaattianodimateriaalin, jolla on NASICON-tyyppinen rakenne. Tämä materiaali tunnetaan poikkeuksellisesta rakenteellisesta ja lämpöstabiilisuudestaan. Rakenne voi aiheuttaa spontaanin faasimuutoksen aktiivisen materiaalin hiukkasten pinnan alla, mikä rikkoo kineettisiä rajoituksia ja saavuttaa vakaan pikalatauskyvyn.
Asiaankuuluvia tutkimustuloksia on julkaistu Advanced Functional Materials -lehdessä.
Pinnan modulointi kiihdytettyä ionikuljetusta varten
Litiumtitaanifosfaatilla (LTP) on natriumsuperionikonduktorin (NASICON) tyyppinen rakenne, jolla on erinomainen rakenteellinen ja terminen stabiilius sekä nopeat litiumionien diffuusiokanavat. Jotta sen täysi potentiaali saataisiin hyödynnettyä, tutkijat omaksuivat epästoikiometrisen suunnittelustrategian ja lisäsivät tarkoituksella fosforin (P) ja titaanin (Ti) suhdetta. Tällainen titaanivajainen koostumus muodostaa titaanifosfaattidomeeneja (TPO) lähelle LTP-hiukkasten pintaa.
Nämä TPO-rikkaat alueet toimivat tehokkaina kineettisinä kanavina, jotka alentavat litiumionien kuljetuksen energiaestettä anodi-elektrolyyttirajapinnassa ja rakentavat nopeita ioniensiirtoreittejä hiukkaspintojen lähelle. Lisäksi TPO-kehyksen erittäin joustavat P-O-P-sidokset tarjoavat rakenteellista joustavuutta sopeutua tilavuuden vaihteluihin nopeiden lataussyklien aikana ja suojaavat NASICON-tyyppistä rakennetta peruuttamattomilta vaurioilta.
Vankka suorituskyky nopean latauksen olosuhteissa
Näin ollen nopeuskykytesteissä, jotka ovat tärkeä indikaattori pikalatauskapasiteetin arvioinnissa, OS-LTP-hiili (OS-LTP/C) -komposiittianodi säilytti huomattavat 86 % alkuperäisestä kapasiteetistaan 10C:n latausnopeudella, kun taas alkuperäisen LTP/C-komposiittianodin kapasiteetti laski rajusti.
Tämä materiaali tarjoaa myös erinomaisen syklin vakauden yli 250 syklin jälkeen. Täyskennokonfiguraatiot osoittavat yhtä hyvää nopeussuorituskykyä ja laaja-alaista yhteensopivuutta korkeajännitekatodien kanssa.
Laajempi tie kohti turvallisempia akkuja
”Menetelmämme luo aivan uuden paradigman pikalatausakkujen suunnittelulle, ja sitä voidaan soveltaa laajasti useisiin tulevaisuuden energian varastointijärjestelmiin, mukaan lukien kokonaan puolijohdeakut”, Han huomautti. ”Tämä suunnittelustrategia voi tehdä sähköajoneuvoista käytännöllisempiä lyhentämällä latausaikaa, parantamalla turvallisuutta ja tarjoamalla tukea uusiutuvan energian sähköverkoille.”
Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä epästoikiometrinen suunnittelustrategia ratkaisee yhden ladattavien akkujen keskeisistä haasteista ja tarjoaa lupaavan lähestymistavan kaupalliseen käyttöön valmiille erittäin nopeasti latautuvalle energian varastointiteknologialle.
Julkaisun aika: 07.08.2026