Rychlý rozvoj elektromobilů a vysoce výkonných elektronických zařízení podnítil rostoucí poptávku po ultrarychlonabíjecích lithium-iontových bateriích. Nicméně současné lithium-iontové dobíjecí baterie trpí během rychlonabíjení silným poklesem výkonu a mohou dokonce vést ke katastrofickým poruchám, což zvyšuje bezpečnostní rizika. To pramení především z elektrochemické nestability na rozhraní anoda-elektrolyt, která spouští škodlivé usazování kovu a lithia na povrchu baterie a špatnou tepelnou stabilitu.
V posledních letech se materiály pro vysokonapěťové anody staly velmi slibnými alternativami pro inhibici nadměrného ukládání lithia a tvorby nestabilních vrstev mezifáze pevných elektrolytů (SEI). Navzdory těmto silným stránkám jsou nejmodernější materiály stále omezeny neuspokojivou iontovou vodivostí a tepelnou stabilitou, což snižuje výkon a dlouhodobou spolehlivost.
Podle zpráv zahraničních médií vyvinul výzkumný tým vedený docentem Dongwookem Hanem na Soulské národní univerzitě vědy a technologie (Soul National University of Science and Technology) pro vyřešení těchto problémů nestechiometrický (OS) anodový materiál na bázi lithium-titan-fosfátu se strukturou typu NASICON. Tento materiál je známý svou výjimečnou strukturální a tepelnou stabilitou. Jeho konstrukce dokáže vyvolat spontánní fázovou transformaci pod povrchem částic aktivního materiálu, čímž prolomí kinetická omezení a dosáhne stabilního rychlého nabíjení.
Relevantní výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Advanced Functional Materials.
Povrchová modulace pro urychlený transport iontů
Fosforečnan lithno-titaničitý (LTP) má strukturu typu sodíkového superiontového vodiče (NASICON), která se vyznačuje vynikající strukturní a tepelnou stabilitou a také rychlými difuzními kanály pro lithium-iontovou difuzi. Aby vědci využili její plný potenciál, zvolili nestechiometrickou strategii návrhu a záměrně zvýšili poměr fosforu (P) k titanu (Ti). Takové složení s nedostatkem titanu generuje domény fosfátu titaničitého (TPO) blízko povrchu částic LTP.
Tyto oblasti bohaté na TPO fungují jako vysoce účinné kinetické kanály, snižují energetickou bariéru pro transport lithiových iontů přes rozhraní anoda-elektrolyt a vytvářejí rychlé dráhy přenosu iontů v blízkosti povrchů částic. Kromě toho vysoce flexibilní vazby P-O-P v rámci TPO struktury poskytují strukturální flexibilitu pro přizpůsobení se změnám objemu během cyklů rychlého nabíjení a chrání strukturu typu NASICON před nevratným poškozením.
Robustní výkon i při rychlém nabíjení
V testech rychlosti nabíjení, což je klíčový ukazatel hodnotící kapacitu rychlého nabíjení, si kompozitní anoda OS-LTP-uhlík (OS-LTP/C) zachovala pozoruhodných 86 % své původní kapacity při nabíjecím proudu 10 C, zatímco kapacita původní kompozitní anody LTP/C drasticky klesla.
Tento materiál také poskytuje vynikající cyklickou stabilitu po více než 250 cyklech. Konfigurace s plnými články vykazují podobně skvělý výkon a širokou kompatibilitu s vysokonapěťovými katodami.
Širší cesta k bezpečnějším bateriím
„Naše metoda vytváří zcela nové paradigma pro návrh rychlonabíjecích baterií a lze ji široce aplikovat na řadu budoucích systémů ukládání energie, včetně plně polovodičových baterií,“ zdůraznil Han. „Tato konstrukční strategie může zvýšit praktičnost elektromobilů zkrácením doby nabíjení, zlepšením bezpečnosti a podporou sítí pro výrobu energie z obnovitelných zdrojů.“
Závěrem lze říci, že tato nestechiometrická designová strategie řeší jednu z hlavních překážek, kterým čelí dobíjecí baterie, a nabízí slibný přístup k komerčně dostupné technologii ultrarychlého nabíjení a ukládání energie.
Čas zveřejnění: 7. srpna 2026