- Исследовательская группа во главе с профессором Кан Чон Гу надеется преодолеть ограничения существующих систем хранения энергии.
[123РФ]
[Herald Business = корреспондент Ку Бон Хёк] Южнокорейские ученые разработали гибридную литиевую ячейку, которая позволяет заряжать электромобили, дроны и электронные устройства примерно за пять минут.
Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST) объявил 21 апреля, что исследовательская группа под руководством профессора Кан Чон Гу из отдела инженерии новых материалов разработала высокоэнергетическую и мощную гибридную литий-ионную ячейку, которая заряжается быстро и имеет высокую производительность.
В настоящее время литий-ионные батареи называют «вторыми полупроводниками», потому что они являются важными элементами для всей электронной промышленности - от интеллектуальных электронных устройств до электромобилей - в качестве типичных коммерческих накопителей энергии. Однако у них есть фундаментальные ограничения, такие как низкая плотность мощности (обусловленные низкой скоростью электрохимической реакции и ограниченным перечнем электродных материалов), длительное время зарядки и большой объем, связанный с асимметрией катода и анода, поэтому необходимо разработать электродные материалы с высокими характеристиками и накопитель энергии нового поколения.
Гибридная ячейка, которая активно исследуется для решения этой проблемы, обладает большой емкостью и высокой скоростью заряда/разряда за счет сочетания анода для батареи и катода для аккумулятора, и, таким образом, привлекает внимание как устройство накопления энергии следующего поколения.
Однако для реализации гибридной ячейки с высокой удельной энергоемкостью и высокой плотностью мощности необходимо улучшить электропроводность и скорость диффузии ионов батарейного анода, увеличить энергоемкость аккумуляторного катода и оптимизировать два электрода в связи с разным механизмом накопления ионов у каждого.
Исследовательская группа предложила новый метод синтеза пористых углеродных структур с большой площадью поверхности за счет изменения ориентации полимерной смолы, и на его основе разработала катодные и анодные материалы, позволившие реализовать гибридных литий-ионных накопителей энергии с высокой плотностью энергии и большой удельной мощностью.
Схема гибридной литиевой ячейки и испытание устройства [Предоставлено KAIST]
Исследовательская группа изменила ориентацию смолы с линейной на скрученную, добавив меламин в процессе синтеза резолциноформальдегидной смолы. Когда карбонизировали скрученную смолу, образовалось больше микропор и сформировалась углеродная структура с площадью поверхности в 12 раз больше, чем у углеродной структуры, полученной с использованием обычной смолы с линейной структурой. Углеродная структура, полученная в результате этого процесса, использовалась в качестве катодного материала для аккумуляторов, и было установлено, что большое количество ионов не только адсорбируется на поверхности, но также быстро диффундирует через полую структуру и мезопоры, обеспечивая большую емкость и высокую скорость.
Также исследовательская группа синтезировала углеродную полую структуру, в которую вставлена частица германия молекулярного размера, вводя прекурсор германия (Ge), обладающего высокой энергоемкостью, в скрученную структуру смолы во время синтеза, и использовала ее в качестве материала для батарейного анода.
Исследовательская группа реализовала высокоэффективную гибридную литий-ионную ячейку, сконфигурировав разработанные катод и анод как полноценные элементы. Испытание показало, что эта гибридная литий-ионная ячейка имеет плотность энергии, сравнимую с плотностью энергии обычных коммерческих литий-ионных батарей, и плотность мощности на уровне аккумуляторов. Ожидается, что данная ячейка будет применяться в электромобилях, дронах и интеллектуальных электронных устройствах.
«Быстро перезаряжаемая гибридная литий-ионная ячейка станет новым прорывом в преодолении ограничений существующей системы накопления энергии. Мы надеемся, что данная технология расширит применение всех видов электронных устройств, включая электромобили» - сказал профессор Кан Чон Гу.
Результаты исследования опубликованы в апрельском номере международного научного журнала в области нанотехнологии «ACS Nano», вышедшем 4 апреля.
nbgkoo@heraldcorp.com