Одним из важнейших факторов, влияющих на повсеместное распространение электромобилей, является количество времени, необходимое для подзарядки транспортных средств, обычно работающих от литий-ионных аккумуляторов. Полная зарядка электромобилей может занять от нескольких часов до целой ночи ночи, в зависимости от метода зарядки. Это вынуждает водителей либо ограничивать поездки вдали от своих домов, либо искать "заправки", которые не так широко распространены.
Почему для полной зарядки аккумулятора требуется так много времени, даже если он используется для питания небольших устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки? Основная причина заключается в том, что устройства, и их адаптеры питания, сконструированы таким образом, что литий-ионные аккумуляторы заряжаются только с медленной контролируемой скоростью. Это функция безопасности, которая помогает предотвратить возгорание, и даже взрывы из-за крошечных жестких древовидных структур, называемых дендритами, которые могут образовываться внутри литиевой батареи во время быстрой зарядки и вызывать короткие замыкания внутри батареи.
Чтобы удовлетворить потребность в более практичной литий-ионной батарее, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego) работали с учеными из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), чтобы провести эксперименты по рассеянию нейтронов на новом типе материала, который может использоваться для более безопасной и быстрой зарядки аккумуляторов . Исследователи получили образцы оксида лития-ванадия (Li3V2O5), неупорядоченной каменной соли, похожей на поваренную соль, но с определенной степенью случайности в расположении ее атомов. Образцы помещались в мощный нейтронный пучок, что позволяло наблюдать активность ионов внутри материала после приложения напряжения.
Материал продемонстрировал желаемые качества для многих аккумуляторных приложений, а именно: высокую скорость накопления заряда и его подготовку к использованию. Во время испытаний материал анода из каменной соли смог передать более 40 процентов своей энергоемкости всего за 20 секунд. Быстрая зарядка и разрядка возможны, потому что материал каменной соли может циклически перемещать два иона лития в свободные места в своей кристаллической структуре и выходить из них.
Использование нейтронографических методов в ORNL позволило исследвоателям понять, как ведут себя ионы, когда мы прикладываем напряжение к материалам. Нейтроны могут легко отслеживать ионы лития и атомы кислорода внутри анода из каменной соли, а использование прибора VULCAN в источнике нейтронов расщепления (SNS) ORNL обеспечило необходимый нам высокий поток нейтронов и разрешение.
VULCAN разработан для нейтронных исследований деформации, фазовых превращений, остаточных напряжений, текстуры и микроструктур в конструкционных материалах.
Исследователи показали, что анод из каменной соли может быть задействован более 10 000 раз с незначительным снижением емкости. Такая долговечность была бы важна для широкого использования.
После проведения всесторонних тестов, при посредничестве Калифорнийского университета, была создана компания Tyfast, которая займется разработкой первых образцов аккумуляторов и зарядных устройств. Первоначально работа будет вестись с разработчиками электрических автобусов.