Международная исследовательская группа под руководством профессора Ши-Чжана Цяо из Университета Аделаиды (Австралия) совместно с коллегами из Имперского колледжа Лондона разработала новый метод поверхностной модификации электродов, который может радикально ускорить зарядку аккумуляторов без существенной потери ресурса.
Новая технология позволяет заряжать аккумуляторную ячейку до 85% всего за 6 минут и до 91,4% — примерно за 10 минут. При этом сохраняется высокая удельная энергоёмкость на уровне 240,4 Вт·ч/кг, что делает разработку перспективной для электромобилей и портативных энергетических систем.
Проблемы сверхбыстрой зарядки высокоёмких литиевых и кремниевых аккумуляторов — перегрев, ускоренная деградация и потеря ёмкости. Ранее попытки решить её через изменение состава всего объёма электролита часто приводили к ухудшению ионной проводимости. В новой работе исследователи пошли другим путём — они воздействовали не на весь объём батареи, а только на поверхность анода.
В результате на аноде были сформированы активные каталитические центры. Эти центры избирательно притягивают анионы к границе раздела прямо во время зарядки, что приводит к быстрому формированию плотной неорганической защитной плёнки (SEI), обогащённой фторидом лития.
Эта плёнка не только стабилизирует поверхность электрода, но и формирует внутри себя микроканалы для быстрого транспорта ионов лития. Благодаря этому батарея способна выдерживать очень высокие токи зарядки без разрушения внутренней структуры.
В ходе испытаний технология показала высокую эффективность: кулоновская эффективность модернизированного кремниевого анода достигла 99,94% (соотношение отданной при разрядке энергии к запасенной при зарядке), а после 500 циклов сверхбыстрой шестиминутной зарядки аккумуляторы сохранили около 76% первоначальной ёмкости.
Авторы подчёркивают, что их подход регулирует химические реакции строго на границе раздела фаз, не нарушая общую проводимость системы. Сейчас команда переходит к этапу масштабирования технологии и испытаний в составе полноразмерных батарейных модулей в реальных условиях эксплуатации.
Если разработка подтвердит эффективность на практике, зарядка электромобилей может по времени приблизиться к обычной заправке бензином — без серьёзного ущерба для срока службы аккумуляторов.